KVANTIFIKACIJA ODSTUPANJA SLOVNIH ZNAKOVA KOD EKRANSKOG PRIKAZA

Mario Tomiša, Zvonimir Sabati

Sažetak

Postoje mnoga istraživanja o čitljivosti slovnih znakova otisnutih na papiru, kao i onih prikazanih na ekranu. Većina obrađuje geometrijske karakteristike tipografije. Ovim radom željelo se obraditi područje transformacije vektorskih podataka kod prikaza digitalne tipografije na ekranu. Nakon transformacije slovnih znakova u piksel oblik, pomoću algoritama za ublažavanje vektorski definiranih objekata, dolazi do ublažavanja rubova slovnih znakova. Kod prikaza crnih slova na bijeloj pozadini, zbog niske rezolucije ekrana, kao posljedica ublažavanja pojavljuje se rubno sivilo koje utječe na čitljivost.
Svrha ovog rada je pokušati kvantificirati odstupanje od idealnog vektorskog zapisa, te predložiti pismo ili nekoliko pisama čije će karakteristike zadovoljiiti zadane kriterije a s ciljem najbolje čitljivosti na ekranu. Predmet istraživanja je pet izabranih slovnih znakova koji su podjeljeni u četiri kategorije ili grupe. U svakoj su grupi po dva pisma. Slovni su znakovi izabrani prema karakterističnim geometrijskim elementima. Odabrana su verzalna slova A i S, te kurentna slova m, o i t. Znanstvene metode koje se u radu koriste su: analiza i sinteza, mjerene i brojenje, te komparativna metoda.
Ciljevi istraživanja su: objasniti kako se slovni znakovi transformiraju iz vektorskog u piksel oblik za prikaz na ekranu; izmjeriti, analizirati i sistematizirati kolika su odstupanja podataka pri transformaciji iz vektorskog u piksel oblik kod karakterističnih skupina pisama; analizirati i dokazati o kojim karakteristikama tipografije ovisi smanjenje čitljivosti kod prikaza na ekranu; provjeriti da li smanjenje čitljivost ovisi i o distribuciji vrijednosti rubnih piksela; preporučiti upotrebu slovnih znakova određenih karakteristika, kod kojih je odstupanje kod ekranskog prikaza najmanje, a čitljivost najveća.
Predlažu se slijedeće hipoteze:
1. Kod transformacije slovnih znakova iz vektorskog u piksel oblik dolazi do odstupanja zbog karakteristika ekranskog prikaza,
2. Odstupanja kod transformacije ovise o karakteristikama tipografije, a rezultiraju smanjenjem čitljivosti teksta,
3. Pravilnim izborom vrste pisma i njegovih karakteristika, odstupanja pri transformaciji vektorskih podataka kod prikaza na ekranu bit će minimalna, a čitljivost maksimalna.
Kod prikaza digitalne tipografije na ekranu i transformacije vektorskih podataka u piksel oblik dolazi do ublažavanja rubova slovnih znakova. Bez algoritma za ublažavanje slovni znakovi bi bili nazubljeni i djelovali bi grubo. Došlo bi do smanjenja potrebne količine informacija za čitatelja a samim time i do smanjenja čitljivosti slovnih znakova.
U ovom radu istraživanje je podjeljeno na nekoliko faza:
1. definiranje područja istraživanja
2. izrada datoteka s vektorski definiranim slovnim znakovima
3. transformacija u piksel oblik za prikaz na ekranu
4. mjerenje gustoće zacrnjenja piksela
5. brojenje piksela iste gustoće zacrnjenja
6. sistematizacija i izrada tablica
7. vizualizacija i izrada grafova
8. sinteza dobivenih rezultata
Rezultati dobiveni istraživanjem i prikazani desecima tablica na kraju se povezuju. Pet tabela prikazuju rezultate za svako pojedino slovo (A, m, o, S i t) za sva pisma. Šesta tabela prikazuje prosječne vrijednosti izbrojanih piksela za sva pisma.
Ovih osam pisama za istraživanje izabrano je zbog različitih geometrijskih karakteristika ali i zbog toga što se željelo istražiti kakav utjecaj na rezultate imaju različiti pismovni rezovi. Tako je izabrano jedno debelo pismo (Rounded Black), dva poludebela pisma (Times Bold i Helvetica Bold) te pet pisama normalnog pismovnog reza. Isto tako izabrana su dva rukopisna pisma (New Berolina i Edwardian Script), dva serifna (Times Bold i Officina Serif), dva bez serifa (Helvetica Bold i Frutiger Roman) te dva koja su svrstana u grupu ostalih pisama (Rounded Black i Scrubadoo).
Određena je veličina pisma od 50 pt zbog toga što nakon transformacije u piksel oblik za prikaz na ekranu sadrže dovoljan broj piksela (prosječno po pismu od 206 do 580 piksela) potrebnih za analizu. Kod manjih pismovnih veličina (na primjer 12 pt) jedan slovni znak prikazan je na ekranu ponekad samo sa nekoliko piksela te je zbog pomanjkanja informacija znatno otežano donošenje zaključaka.
Drugi razlog je što se željelo napraviti istraživanje za pisma koja su veličinom pogodna za naslove ili natpise kod prikaza na ekranu, ali koja i nakon otiskivanja zadržavaju “klasičnu ljepotu” i čitljivost.
Postoje pisma, takozvani piksel fontovi, koji su dizajnirani isključivo za prikaz na ekranu. Nemaju obline, nije im potrebno ublažavanje rubova slovnih znakova jer su napravljeni (kao što im i ime govori) da točno “pokriju” piksele kod transformacije vektorskog zapisa u piksel oblik.
Takva pisma nisu namjenjena otiskivanju, po svojim su karakteristikama potpuno prilagođena ekranskom prikazu. Kada bi jedno takvo pismo uključili u istraživanje sigurno bi polučilo najbolje rezultate. No, ovom je istraživanju bio cilj ispitati karakteristike klasične tipografije, koja se može (na primjer u PDF obliku) koristiti za kvalitetan prikaz na ekranu, a zatim i otisnuti na papir.
Cjelokupno istraživanje napravljeno je na razini piksela. Svi izmjereni i izbrojeni pikseli svrstani su u tri grupe:
- prva grupa piksela Σ1G = 0 - 7% k
- druga grupa piksela Σ2G = 13 - 73% k
- treća grupa piksela Σ3G = 81 - 100% k
Prva grupa se zanemaruje.
Ukupan broj piksela za jedan slovni znak iznosi:
NUK = Σ2G + Σ3G
Postotak druge grupe piksela u odnosu na ukupan broj piksela dobiva se:
N2G = Σ2G / NUK (%)
Ovi pikseli služe za ublažavanje rubova, ali zbog nekih karakteristika tipografije (serifi ili tanki potezi) mogu dominirati u postotku prema trećoj grupi piksela. Tada umjesto jasnog znaka prevladava sivilo te je takav prikaz na ekranu vrlo problematičan. Zbog toga se uvelo ocjenjivanje razine N2G. Ako postotak druge grupe piksela prelazi 51% nakon transformacije takav prikaz s aspekta čitljivosti zaslužuje negativnu ocjenu. Ocjene za svaki slovni znak za sva pisma definirane su na slijedeći način:
N2G = 0 - 15% => ocjena 5
N2G = 16 - 25% => ocjena 4
N2G = 26 - 35% => ocjena 3
N2G = 36 - 50% => ocjena 2
N2G = 51 - 100% => ocjena 1
Postignuti su slijedeći ciljevi istraživanja: objašnjeno je na koji način se slovni znakovi transformiraju iz vektorskog u piksel oblik za prikaz na ekranu. Također su izmjerena, analizirana i sistematizirana odstupanja podataka pri transformaciji iz vektorskog u piksel oblik kod karakterističnih skupina pisama.
Istraživanje je isto tako pokazalo da se ne može potvrditi postojanje
“dobre” ili “loše” distribucije izbrojanih piksela. Vizualizacijom rezultata istraživanja pomoću četrdesetak grafova vidi se da distribucija rubnih piksela u odnosu na gustoću zacrnjenja k ne može kvalificirati kao pravilna u bilo kom obliku.
Kod transformacije u piksel oblik, zbog karakteristika ekranskog prikaza, najbolji rezultati dobiveni su za slovni znak t. Prema svojim značajkama slovni znakovi koji imaju obline (o i S) polučili su najlošije rezultate istraživanja, dok su A i m po rezultatima u sredini.
Kod standardnog ekranskog prikaza, pikseli su kvadratični, poredani pod kutem od 0º. Zbog toga su najpreciznije izvedeni horizontalni i vertikalni potezi slovnih znakova. Za svaki dijagonalni potez, a pogotovo oblinu, potrebno je značajno ublažavanje rubova prilikom iscrtavanja na ekranu.
Dokazano je da kvaliteta transformiranih podataka ovisi o slijedećim karakteristikama tipografije: pismovnom rezu, obliku serifa (ako ih ima), debljini temeljnih i spojnih poteza, te zakrivljenosti oblina. Ako je pismo takvih karakteristika da odnos druge grupe piksela (Σ2G) i svih piksela koji čine neko slovo (NUK) bude takav da ne prelazi 35% tada je broj piksela koji ublažavaju rubove optimalan.
Za ekranski prikaz naslova od 50 pt, pogodnih i za naknadno ispisivanje, preporučuju se pisma koja imaju deblji pismovni rez (bold ili black), nemaju serife ni dodatne ukrasne obline, a razlika im je između temeljnih i spojnih poteza minimalna. Dokazano je da će pravilnim izborom vrste pisma i njegovih karakteristika odstupanja pri transformaciji vektorskih podataka kod ekranskog prikaza biti najmanja, a samim time i čitljivost najveća. Predlažu se dakle poludebela ili masna pisma bez serifa koja otisnuta na papiru imaju “klasičnu ljepotu”, a isto tako prikazana na ekranu posjeduju poželjne karakteristike dobivene istraživanjem: Helvetica Bold, Frutiger Bold, Rounded Black, Futura Bold, Franklin Gothic Heavy, Eurostile Bold ili ColNova Bold.