Fix handling of non-square pixels, part 4.
[ttfautohint.git] / doc / ttfautohint-1.pandoc
blobcc4d43da6b9bfed835b344f5870bc1dd6c0a5394
1 % ttfautohint
2 % Werner Lemberg
5 <!--
6   Copyright (C) 2011-2013 by Werner Lemberg.
8   This file is part of the ttfautohint library, and may only be used,
9   modified, and distributed under the terms given in `COPYING'.  By
10   continuing to use, modify, or distribute this file you indicate that you
11   have read `COPYING' and understand and accept it fully.
13   The file `COPYING' mentioned in the previous paragraph is distributed
14   with the ttfautohint library.
15 -->
19 Introduction
20 ============
22 **ttfautohint** is a library written in\ C that takes a TrueType font as
23 the input, removes its bytecode instructions (if any), and returns a new
24 font where all glyphs are bytecode hinted using the information given by
25 FreeType's autohinting module.  The idea is to provide the excellent quality
26 of the autohinter on platforms that don't use FreeType.
28 The library has a single API function, `TTF_autohint`, which is described
29 [below](#the-ttfautohint-api).
31 Bundled with the library there are two front-end programs, [`ttfautohint`
32 and `ttfautohintGUI`](#ttfautohint-and-ttfautohintgui), being a command line
33 and an application with a Graphics User Interface (GUI), respectively.
36 What exactly are hints?
37 -----------------------
39 To cite [Wikipedia](http://en.wikipedia.org/wiki/Font_hinting):
41 > **Font hinting** (also known as **instructing**) is the use of
42 > mathematical instructions to adjust the display of an outline font so that
43 > it lines up with a rasterized grid.  At low screen resolutions, hinting is
44 > critical for producing a clear, legible text.  It can be accompanied by
45 > antialiasing and (on liquid crystal displays) subpixel rendering for
46 > further clarity.
48 and Apple's [TrueType Reference
49 Manual](https://developer.apple.com/fonts/TTRefMan/RM03/Chap3.html#features):
51 > For optimal results, a font instructor should follow these guidelines:
53 >  - At small sizes, chance effects should not be allowed to magnify small
54 >    differences in the original outline design of a glyph.
56 >  - At large sizes, the subtlety of the original design should emerge.
59 In general, there are three possible ways to hint a glyph.
61  1. The font contains hints (in the original sense of this word) to guide
62     the rasterizer, telling it which shapes of the glyphs need special
63     consideration.  The hinting logic is partly in the font and partly in
64     the rasterizer.  More sophisticated rasterizers are able to produce
65     better rendering results.
67     This is how Type\ 1 and CFF hints work.
69  2. The font contains exact instructions (also called *bytecode*) on how to
70     move the points of its outlines, depending on the resolution of the
71     output device, and which intentionally distort the (outline) shape to
72     produce a well-rasterized result.  The hinting logic is in the font;
73     ideally, all rasterizers simply process these instructions to get the
74     same result on all platforms.
76     This is how TrueType hints work.
78  3. The font gets auto-hinted (at run-time).  The hinting logic is
79     completely in the rasterizer.  No hints in the font are used or needed;
80     instead, the rasterizer scans and analyzes the glyphs to apply
81     corrections by itself.
83     This is how FreeType's auto-hinter works; see
84     [below](#background-and-technical-details) for more.
87 What problems can arise with TrueType hinting?
88 ----------------------------------------------
90 While it is relatively easy to specify PostScript hints (either manually or
91 by an auto-hinter that works at font creation time), creating TrueType
92 hints is far more difficult.  There are at least two reasons:
94   - TrueType instructions form a programming language, operating at a very
95     low level.  They are comparable to assembler code, thus lacking all
96     high-level concepts to make programming more comfortable.
98     Here an example how such code looks like:
100     ```
101         SVTCA[0]
102         PUSHB[ ]  /* 3 values pushed */
103         18 1 0
104         CALL[ ]
105         PUSHB[ ]  /* 2 values pushed */
106         15 4
107         MIRP[01001]
108         PUSHB[ ]  /* 3 values pushed */
109         7 3 0
110         CALL[ ]
111     ```
113     Another major obstacle is the fact that font designers usually aren't
114     programmers.
116   - It is very time consuming to manually hint glyphs.  Given that the
117     number of specialists for TrueType hinting is very limited, hinting a
118     large set of glyphs for a font or font family can become very expensive.
121 Why ttfautohint?
122 ----------------
124 The ttfautohint library brings the excellent quality of FreeType rendering
125 to platforms that don't use FreeType, yet require hinting for text to look
126 good -- like Microsoft Windows.  Roughly speaking, it converts the glyph
127 analysis done by FreeType's auto-hinting module to TrueType bytecode.
128 Internally, the auto-hinter's algorithm resembles PostScript hinting
129 methods; it thus combines all three hinting methods discussed
130 [previously](#what-exactly-are-hints).
132 The simple interface of the front-ends (both on the command line and with
133 the GUI) allows quick hinting of a whole font with a few mouse clicks or a
134 single command on the prompt.  As a result, you get better rendering results
135 with web browsers, for example.
137 Across Windows rendering environments today, fonts processed with
138 ttfautohint look best with ClearType enabled.  This is the default for
139 Windows\ 7.  Good visual results are also seen in recent MacOS\ X versions
140 and GNU/Linux systems that use FreeType for rendering.
142 The goal of the project is to generate a 'first pass' of hinting that font
143 developers can refine further for ultimate quality.
147 `ttfautohint` and `ttfautohintGUI`
148 ==================================
150 On all supported platforms (GNU/Linux, Windows, and Mac OS\ X), the GUI
151 looks quite similar; the used toolkit is [Qt], which in turn uses the
152 platform's native widgets.
154 ![`ttfautohintGUI` on GNU/Linux running KDE](img/ttfautohintGUI.png)
156 Both the GUI and console version share the same features, to be discussed in
157 the next subsection.
159 **Warning: ttfautohint cannot always process a font a second time.**
160 If the font contains composite glyphs, and option `-c` is used,
161 reprocessing with ttfautohint will fail.  For this reason it is strongly
162 recommended to *not* delete the original, unhinted font so that you can
163 always rerun ttfautohint.
166 Calling `ttfautohint`
167 ---------------------
170     ttfautohint [OPTION]... [IN-FILE [OUT-FILE]]
173 The TTY binary, `ttfautohint`, works like a Unix filter, this is, it reads
174 data from standard input if no input file name is given, and it sends its
175 output to standard output if no output file name is specified.
177 A typical call looks like the following.
180     ttfautohint -v -f latn foo.ttf foo-autohinted.ttf
183 For demonstration purposes, here the same using a pipe and redirection.
184 Note that Windows's default command line interpreter, `cmd.exe`, doesn't
185 support piping with binary files, unfortunately.
188     cat foo.ttf | ttfautohint -v -f latn > foo-autohinted.ttf
192 Calling `ttfautohintGUI`
193 ------------------------
196     ttfautohintGUI [OPTION]...
199 `ttfautohintGUI` doesn't send any output to a console; however, it accepts
200 the same command line options as `ttfautohint`, setting default values for
201 the GUI.
204 Options
205 -------
207 Long options can be given with one or two dashes, and with and without an
208 equal sign between option and argument.  This means that the following forms
209 are acceptable: `-foo=`*bar*, `--foo=`*bar*, `-foo`\ *bar*, and
210 `--foo`\ *bar*.
212 Below, the section title refers to the command's label in the GUI, then
213 comes the name of the corresponding long command line option and its short
214 equivalent, followed by a description.
216 Background and technical details on the meaning of the various options are
217 given [afterwards](#background-and-technical-details).
219 ### Hint Set Range Minimum, Hint Set Range Maximum
221 See ['Hint Sets'](#hint-sets) for a definition and explanation.
223 `--hinting-range-min=`*n*, `-l`\ *n*
224 :   The minimum PPEM value (in pixels) at which hint sets are created.  The
225     default value for *n* is\ 8.
227 `--hinting-range-max=`*n*, `-r`\ *n*
228 :   The maximum PPEM value (in pixels) at which hint sets are created.  The
229     default value for *n* is 50.
231 ### Fallback Script
233 `--fallback-script=`*s*, `-f`\ *s*
234 :   Set fallback script to tag *s*, which is a string consisting of four
235     characters like `latn` or `dflt`.  It gets used for for all glyphs that
236     can't be assigned to a script automatically.  See [below](#scripts) for
237     more details.
239 ### Hinting Limit
241 `--hinting-limit=`*n*, `-G`\ *n*
242 :   The *hinting limit* is the PPEM value (in pixels) where hinting gets
243     switched off (using the `INSTCTRL` bytecode instruction); it has zero
244     impact on the file size.  The default value for *n* is 200, which means
245     that the font is not hinted for PPEM values larger than 200.
247     Note that hinting in the range 'hinting-range-max' up to 'hinting-limit'
248     uses the hinting configuration for 'hinting-range-max'.
250     To omit a hinting limit, use `--hinting-limit=0` (or check the 'No
251     Hinting Limit' box in the GUI).  Since this will cause internal math
252     overflow in the rasterizer for large pixel values (>\ 1500px approx.) it
253     is strongly recommended to not use this except for testing purposes.
255 ### x Height Increase Limit
257 `--increase-x-height=`*n*, `-x`\ *n*
258 :   Normally, ttfautohint rounds the x\ height to the pixel grid, with a
259     slight preference for rounding up.  If this flag is set, values in the
260     range 6\ PPEM to *n*\ PPEM are much more often rounded up.  The default
261     value for *n* is 14.  Use this flag to increase the legibility of small
262     sizes if necessary; you might get weird rendering results otherwise for
263     glyphs like 'a' or 'e', depending on the font design.
265     To switch off this feature, use `--increase-x-height=0` (or check the
266     'No x\ Height Increase' box in the GUI).  To switch off rounding the
267     x\ height to the pixel grid in general, either partially or completely,
268     see ['x Height Snapping Exceptions'](#x-height-snapping-exceptions).
270     The following images again use the font 'Mertz Bold'.
272     ![At 17px, without option `-x` and '`-w ""`', the hole in glyph 'e'
273       looks very grey in the FontForge snapshot, and the GDI ClearType
274       rendering (which is the default on older Windows versions) fills it
275       completely with black because it uses B/W rendering along the y\ axis.
276       FreeType's 'light' autohint mode (which corresponds to ttfautohint's
277       'smooth' stem width algorithm) intentionally aligns horizontal lines
278       to non-integer (but still discrete) values to avoid large glyph shape
279       distortions.](img/e-17px-x14.png)
281     ![The same, this time with option `-x 17` (and
282       '`-w ""`').](img/e-17px-x17.png)
284 ### x Height Snapping Exceptions
286 `--x-height-snapping-exceptions=`*string*, `-X`\ *string*
287 :   A list of comma separated PPEM values or value ranges at which no
288     x-height snapping shall be applied.  A value range has the form
289     *value1*`-`*value2*, meaning *value1*\ <= PPEM <=\ *value2*.  *value1*
290     or *value2* (or both) can be missing; a missing value is replaced by the
291     beginning or end of the whole interval of valid PPEM values,
292     respectively (6\ to 32767).  Whitespace is not significant; superfluous
293     commas are ignored, and ranges must be specified in increasing order.
294     For example, the string `"7-9, 11, 13-"` means the values 7, 8, 9, 11,
295     13, 14, 15, etc.  Consequently, if the supplied argument is `"-"`, no
296     x-height snapping takes place at all.  The default is the empty string
297     (`""`), meaning no snapping exceptions.
299     Normally, x-height snapping means a slight increase in the overall
300     vertical glyph size so that the height of lowercase glyphs gets aligned
301     to the pixel grid (this is a global feature, affecting *all* glyphs of a
302     font).  However, having larger vertical glyph sizes is not always
303     desired, especially if it is not possible to adjust the `usWinAscent`
304     and `usWinDescent` values from the font's `OS/2` table so that they are
305     not too tight.  See ['Windows Compatibility'](#windows-compatibility)
306     for more details.
308 ### Windows Compatibility
310 `--windows-compatibility`, `-W`
311 :   This option makes ttfautohint add two artificial blue zones, positioned
312     at the `usWinAscent` and `usWinDescent` values (from the font's `OS/2`
313     table).  The idea is to help ttfautohint so that the hinted glyphs stay
314     within this horizontal stripe since Windows clips everything falling
315     outside.
317     There is a general problem with tight values for `usWinAscent` and
318     `usWinDescent`; a good description is given in the [Vertical Metrics
319     How-To](http://typophile.com/node/13081).  Additionally, there is a
320     special problem with tight values if used in combination with
321     ttfautohint because the auto-hinter tends to slightly increase the
322     vertical glyph dimensions at smaller sizes to improve legibility.  This
323     enlargement can make the heights and depths of glyphs exceed the range
324     given by `usWinAscent` and `usWinDescent`.
326     If ttfautohint is part of the font creation tool chain, and the font
327     designer can adjust those two values, a better solution instead of using
328     option `-W` is to reserve some vertical space for 'padding': For the
329     auto-hinter, the difference between a top or bottom outline point before
330     and after hinting is less than 1px, thus a vertical padding of 2px is
331     sufficient.  Assuming a minimum hinting size of 6ppem, adding two pixels
332     gives an increase factor of 8÷6 = 1.33.  This is near to the default
333     baseline-to-baseline distance used by TeX and other sophisticated text
334     processing applications, namely 1.2×designsize, which gives satisfying
335     results in most cases.  It is also near to the factor 1.25 recommended
336     in the abovementioned how-to.  For example, if the vertical extension of
337     the largest glyph is 2000 units (assuming that it approximately
338     represents the designsize), the sum of `usWinAscent` and `usWinDescent`
339     could be 1.25×2000 = 2500.
341     In case ttfautohint is used as an auto-hinting tool for fonts that can
342     be no longer modified to change the metrics, option `-W` in combination
343     with '`-X "-"`' to suppress any vertical enlargement should prevent
344     almost all clipping.
346 ### Pre-Hinting
348 `--pre-hinting`, `-p`
349 :   *Pre-hinting* means that a font's original bytecode is applied to all
350     glyphs before it is replaced with bytecode created by ttfautohint.
351     This makes only sense if your font already has some hints in it that
352     modify the shape even at EM size (normally 2048px); for example, some
353     CJK fonts need this because the bytecode is used to scale and shift
354     subglyphs.  For most fonts, however, this is not the case.
356 ### Hint Composites
358 `--composites`, `-c`
359 :   By default, the components of a composite glyph get hinted separately.
360     If this flag is set, the composite glyph itself gets hinted (and the
361     hints of the components are ignored).  Using this flag increases the
362     bytecode size a lot, however, it might yield better hinting results.
364     If this option is used (and a font actually contains composite glyphs),
365     ttfautohint currently cannot reprocess its own output for technical
366     reasons, see [below](#the-.ttfautohint-glyph).
368 ### Symbol Font
370 `--symbol`, `-s`
371 :   Apply default values for standard (horizontal) stem width and height
372     instead of deriving them from a script-specific, hard-coded default
373     character (which usually resembles the shape of a lowercase 'o').  Use
374     this option (usually in combination with option `--fallback-script`) to
375     hint symbol or dingbat fonts or math glyphs, for example, that lack a
376     default character, at the expense of possibly poor hinting results at
377     small sizes.
379 ### Dehint
381 `--dehint`, `-d`
382 :   Strip off all hints without generating new hints.  Consequently, all
383     other hinting options are ignored.  This option is intended for testing
384     purposes.
386 ### Add ttfautohint Info
388 `--no-info`, `-n`
389 :   Don't add ttfautohint version and command line information to the
390     version string or strings (with name ID\ 5) in the font's `name` table.
391     In the GUI it is similar: If you uncheck the 'Add ttfautohint info' box,
392     information is not added to the `name` table.  Except for testing and
393     development purposes it is strongly recommended to not use this option.
395 ### Strong Stem Width and Positioning
397 `--strong-stem-width=`*string*, `-w`\ *string*
398 :   ttfautohint offers two different routines to handle (horizontal) stem
399     widths and stem positions: 'smooth' and 'strong'.  The former uses
400     discrete values that slightly increase the stem contrast with almost no
401     distortion of the outlines, while the latter snaps both stem widths and
402     stem positions to integer pixel values as much as possible, yielding a
403     crisper appearance at the cost of much more distortion.
405     These two routines are mapped onto three possible rendering targets:
407     - grayscale rendering, with or without optimization for subpixel
408       positioning (e.g. Mac OS\ X)
410     - 'GDI ClearType' rendering: the rasterizer version, as returned by the
411       GETINFO bytecode instruction, is in the range 36\ <= version <\ 38 and
412       ClearType is enabled (e.g. Windows XP)
414     - 'DirectWrite ClearType' rendering: the rasterizer version, as returned
415       by the GETINFO bytecode instruction, is >=\ 38, ClearType is enabled,
416       and subpixel positioning is enabled also (e.g. Internet Explorer\ 9
417       running on Windows\ 7)
419     GDI ClearType uses a mode similar to B/W rendering along the vertical
420     axis, while DW ClearType applies grayscale rendering.  Additionally,
421     only DW ClearType provides subpixel positioning along the x\ axis.  For
422     what it's worth, the rasterizers version\ 36 and version\ 38 in
423     Microsoft Windows are two completely different rendering engines.
425     The command line option expects *string* to contain up to three letters
426     with possible values '`g`' for grayscale, '`G`' for GDI ClearType, and
427     '`D`' for DW ClearType.  If a letter is found in *string*, the strong
428     stem width routine is used for the corresponding rendering target (and
429     smooth stem width handling otherwise).  The default value is '`G`', which
430     means that strong stem width handling is activated for GDI ClearType
431     only.  To use smooth stem width handling for all three rendering
432     targets, use the empty string as an argument, usually connoted with
433     '`""`'.
435     In the GUI, simply set the corresponding check box to select the strong
436     width routine for a given rendering target.  If you unset the check box,
437     the smooth width routine gets used.
439     The following FontForge snapshot images use the font ['Mertz
440     Bold'](http://code.newtypography.co.uk/mertz-sans/) (still under
441     development) from [Vernon Adams].
443     ![The left part shows the glyph 'g' unhinted at 26px, the right part
444      with hints, using the 'smooth' stem algorithm.](img/ff-g-26px.png)
446     ![The same, but this time using the 'strong'
447      algorithm.  Note how the stems are aligned to the pixel
448      grid.](img/ff-g-26px-wD.png)
450 ### Font License Restrictions
452 `--ignore-restrictions`, `-i`
453 :   By default, fonts that have bit\ 1 set in the 'fsType' field of the
454     `OS/2` table are rejected.  If you have a permission of the font's legal
455     owner to modify the font, specify this command line option.
457     If this option is not set, `ttfautohintGUI` shows a dialogue to handle
458     such fonts if necessary.
460 ### Miscellaneous
462 `--help`, `-h`
463 :   On the console, print a brief documentation on standard output and exit.
464     This doesn't work with `ttfautohintGUI` on MS Windows.
466 `--version`, `-v`
467 :   On the console, print version information on standard output and exit.
468     This doesn't work with `ttfautohintGUI` on MS Windows.
470 `--debug`
471 :   Print *a lot* of debugging information on standard error while
472     processing a font (you should redirect stderr to a file).  This
473     doesn't work with `ttfautohintGUI` on MS Windows.
477 Background and Technical Details
478 ================================
480 [Real-Time Grid Fitting of Typographic
481 Outlines](http://www.tug.org/TUGboat/tb24-3/lemberg.pdf) is a scholarly
482 paper that describes FreeType's auto-hinter in some detail.  Regarding the
483 described data structures it is slightly out of date, but the algorithm
484 itself hasn't changed.
486 The next few subsections are mainly based on this article, introducing some
487 important concepts.  Note that ttfautohint only does hinting along the
488 vertical direction (this is, modifying y\ coordinates).
491 Segments and Edges
492 ------------------
494 A glyph consists of one or more *contours* (this is, closed curves).  For
495 example, glyph 'O' consists of two contours, while glyph 'I' has only one.
497 ![The letter 'O' has two contours, an inner and an outer one, while letter
498   'I' has only an outer contour.](img/o-and-i)
500 A *segment* is a series of consecutive points of a contour (including its
501 Bézier control points) that are approximately aligned along a coordinate
502 axis.
504 ![A serif.  Contour and control points are represented by squares and
505   circles, respectively.  The bottom 'line' DE is approximately aligned
506   along the horizontal axis, thus it forms a segment of 7\ points.  Together
507   with the two other horizontal segments, BC and FG, they form two edges
508   (BC+FG, DE).](img/segment-edge)
510 An *edge* corresponds to a single coordinate value on the main dimension
511 that collects one or more segments (allowing for a small threshold).  While
512 finding segments is done on the unscaled outline, finding edges is bound to
513 the device resolution.  See [below](#hint-sets) for an example.
515 The analysis to find segments and edges is specific to a script.
518 Feature Analysis
519 ----------------
521 The auto-hinter analyzes a font in two steps.  Right now, everything
522 described below happens for the horizontal axis only, providing vertical
523 hinting.
525   * Global Analysis
527     This affects the hinting of all glyphs, trying to give them a uniform
528     appearance.
530       + Compute standard stem widths and heights of the font.  The values
531         are normally taken from a glyph that resembles letter 'o'.
533       + Compute blue zones, see [below](#blue-zones).
535     If stem widths and heights of single glyphs differ by a large value, or
536     if ttfautohint fails to find proper blue zones, hinting becomes quite
537     poor, leading even to severe shape distortions.
540 Table: script-specific standard characters of the 'latin' module
542   script    standard character
543   --------  --------------------
544   `cyrl`    'о', U+043E, CYRILLIC SMALL LETTER O
545   `grek`    'ο', U+03BF, GREEK SMALL LETTER OMICRON
546   `hebr`    'ם', U+05DD, HEBREW LETTER FINAL MEM
547   `latn`    'o', U+006F, LATIN SMALL LETTER O
550   * Glyph Analysis
552     This is a per-glyph operation.
554       + Find segments and edges.
556       + Link edges together to find stems and serifs.  The abovementioned
557         paper gives more details on what exactly constitutes a stem or a
558         serif and how the algorithm works.
561 Blue Zones
562 ----------
564 ![Two blue zones relevant to the glyph 'a'.  Vertical point coordinates of
565   *all* glyphs within these zones are aligned, provided the blue zone is
566   active (this is, its vertical size is smaller than
567   3/4\ pixels).](img/blue-zones)
569 Outlines of certain characters are used to determine *blue zones*.  This
570 concept is the same as with Type\ 1 fonts: All glyph points that lie in
571 certain small horizontal zones get aligned vertically.
573 Here a series of tables that show the blue zone characters of the latin
574 module's available scripts; the values are hard-coded in the source code.
577 Table: `latn` blue zones
579   ID    Blue zone                              Characters
580   ----  -----------                            ------------
581   1     top of capital letters                 THEZOCQS
582   2     bottom of capital letters              HEZLOCUS
583   3     top of 'small f' like letters          fijkdbh
584   4     top of small letters                   xzroesc
585   5     bottom of small letters                xzroesc
586   6     bottom of descenders of small letters  pqgjy
589 The 'round' characters (e.g. 'OCQS') from Zones 1, 2, and 5 are also used to
590 control the overshoot handling; to improve rendering at small sizes, zone\ 4
591 gets adjusted to be on the pixel grid; cf. the [`--increase-x-height`
592 option](#x-height-increase-limit).
595 Table: `grek` blue zones
597   ID    Blue zone                              Characters
598   ----  -----------                            ------------
599   1     top of capital letters                 ΓΒΕΖΘΟΩ
600   2     bottom of capital letters              ΒΔΖΞΘΟ
601   3     top of 'small beta' like letters       βθδζλξ
602   4     top of small letters                   αειοπστω
603   5     bottom of small letters                αειοπστω
604   6     bottom of descenders of small letters  βγημρφχψ
607 Table: `cyrl` blue zones
609   ID    Blue zone                              Characters
610   ----  -----------                            ------------
611   1     top of capital letters                 БВЕПЗОСЭ
612   2     bottom of capital letters              БВЕШЗОСЭ
613   3     top of small letters                   хпншезос
614   4     bottom of small letters                хпншезос
615   5     bottom of descenders of small letters  руф
618 Table: `hebr` blue zones
620   ID    Blue zone                              Characters
621   ----  -----------                            ------------
622   1     top of letters                         בדהחךכםס
623   2     bottom of letters                      בטכםסצ
624   3     bottom of descenders of letters        קךןףץ
627 ![This image shows the relevant glyph terms for vertical blue zone
628   positions.](img/glyph-terms)
631 Grid Fitting
632 ------------
634 Aligning outlines along the grid lines is called *grid fitting*.  It doesn't
635 necessarily mean that the outlines are positioned *exactly* on the grid,
636 however, especially if you want a smooth appearance at different sizes. 
637 This is the central routine of the auto-hinter; its actions are highly
638 dependent on the used script.  Currently, only support for scripts that work
639 similarly to Latin (e.g. Greek or Cyrillic) is available.
641   * Align edges linked to blue zones.
643   * Fit edges to the pixel grid.
645   * Align serif edges.
647   * Handle remaining 'strong' points.  Such points are not part of an edge
648     but are still important for defining the shape.  This roughly
649     corresponds to the `IP` TrueType instruction.
651   * Everything else (the 'weak' points) is handled with an `IUP`
652     instruction.
654 The following images illustrate the hinting process, using glyph 'a' from
655 the freely available font ['Ubuntu Book'](http://font.ubuntu.com).  The
656 manual hints were added by [Dalton Maag Ltd], the used application to create
657 the hinting debug snapshots was [FontForge].
659 ![Before hinting.](img/a-before-hinting.png)
661 ![After hinting, using manual hints.](img/a-after-hinting.png)
663 ![After hinting, using ttfautohint.  Note that the hinting process
664   doesn't change horizontal positions.](img/a-after-autohinting.png)
667 Hint Sets
668 ---------
670 In ttfautohint terminology, a *hint set* is the *optimal* configuration for
671 a given PPEM (pixel per EM) value.
673 In the range given by the `--hinting-range-min` and `--hinting-range-max`
674 options, ttfautohint creates hint sets for every PPEM value.  For each
675 glyph, ttfautohint automatically determines if a new set should be emitted
676 for a PPEM value if it finds that it differs from a previous one.  For some
677 glyphs it is possible that one set covers, say, the range 8px-1000px, while
678 other glyphs need 10 or more such sets.
680 In the PPEM range below `--hinting-range-min`, ttfautohint always uses just
681 one set, in the PPEM range between `--hinting-range-max` and
682 `--hinting-limit`, it also uses just one set.
684 One of the hinting configuration parameters is the decision which segments
685 form an edge.  For example, let us assume that two segments get aligned on a
686 single horizontal edge at 11px, while two edges are used at 12px.
687 This change makes ttfautohint emit a new hint set to accomodate this
688 situation.
690 The next images illustrate this, using a Cyrillic letter (glyph 'afii10108')
691 from the 'Ubuntu book' font, processed with ttfautohint.
693 ![Before hinting, size 11px.](img/afii10108-11px-before-hinting.png)
695 ![After hinting, size 11px.  Segments 43-27-28 and 14-15 are aligned on a
696   single edge, as are segments 26-0-1 and
697   20-21.](img/afii10108-11px-after-hinting.png)
699 ![Before hinting, size 12px.](img/afii10108-12px-before-hinting.png)
701 ![After hinting, size 12px.  The segments are not aligned.  While
702   segments 43-27-28 and 20-21 now have almost the same horizontal position,
703   they don't form an edge because the outlines passing through the segments
704   point into different directions.](img/afii10108-12px-after-hinting.png)
706 Obviously, the more hint sets get emitted, the larger the bytecode
707 ttfautohint adds to the output font.  To find a good value\ *n* for
708 `--hinting-range-max`, some experimentation is necessary since *n* depends
709 on the glyph shapes in the input font.  If the value is too low, the hint
710 set created for the PPEM value\ *n* (this hint set gets used for all larger
711 PPEM values) might distort the outlines too much in the PPEM range given
712 by\ *n* and the value set by `--hinting-limit` (at which hinting gets
713 switched off).  If the value is too high, the font size increases due to
714 more hint sets without any noticeable hinting effects.
716 Similar arguments hold for `--hinting-range-min` except that there is no
717 lower limit at which hinting is switched off.
719 An example.  Let's assume that we have a hinting range 10\ <= ppem <=\ 100,
720 and the hinting limit is set to 250.  For a given glyph, ttfautohint finds
721 out that four hint sets must be computed to exactly cover this hinting
722 range: 10-15, 16-40, 41-80, and 81-100.  For ppem values below 10ppem, the
723 hint set covering 10-15ppem is used, for ppem values larger than 100 the
724 hint set covering 81-100ppem is used.  For ppem values larger than 250, no
725 hinting gets applied.
728 The '\.ttfautohint' Glyph
729 -------------------------
731 If [option `--composites`](#hint-composites) is used, ttfautohint doesn't
732 hint subglyphs of composite glyphs separately.  Instead, it hints the whole
733 glyph, this is, composites get recursively expanded internally so that they
734 form simple glyphs, then hints are applied -- this is the normal working
735 mode of FreeType's auto-hinter.
737 One problem, however, must be solved: Hinting for subglyphs (which usually
738 are used as normal glyphs also) must be deactivated so that nothing but the
739 final bytecode of the composite gets executed.
741 The trick used by ttfautohint is to prepend a composite element called
742 '\.ttfautohint', a dummy glyph with a single point, and which has a single
743 job: Its bytecode increases a variable (to be more precise, it is a CVT
744 register called `cvtl_is_subglyph` in the source code), indicating that we
745 are within a composite glyph.  The final bytecode of the composite glyph
746 eventually decrements this variable again.
748 As an example, let's consider composite glyph 'Agrave' ('À'), which has the
749 subglyph 'A' as the base and 'grave' as its accent.  After processing with
750 ttfautohint it consists of three components: '\.ttfautohint', 'A', and
751 'grave' (in this order).
753   Bytecode of    Action
754   -------------  --------
755   .ttfautohint   increase `cvtl_is_subglyph` (now: 1)
756   A              do nothing because `cvtl_is_subglyph` > 0
757   grave          do nothing because `cvtl_is_subglyph` > 0
758   Agrave         decrease `cvtl_is_subglyph` (now: 0)\
759                  apply hints because `cvtl_is_subglyph` == 0
761 Some technical details (which you might skip): All glyph point indices get
762 adjusted since each '\.ttfautohint' subglyph shifts all following indices by
763 one.  This must be done for both the bytecode and one subformat of
764 OpenType's `GPOS` anchor tables.
766 While this approach works fine on all tested platforms, there is one single
767 drawback: Direct rendering of the '\.ttfautohint' subglyph (this is,
768 rendering as a stand-alone glyph) disables proper hinting of all glyphs in
769 the font!  Under normal circumstances this never happens because
770 '\.ttfautohint' doesn't have an entry in the font's `cmap` table.  (However,
771 some test and demo programs like FreeType's `ftview` application or other
772 glyph viewers that are able to bypass the `cmap` table might be affected.)
775 Scripts
776 -------
778 ttfautohint checks which auto-hinting module should be used to hint a
779 specific glyph.  To do so, it checks a glyph's Unicode character code
780 whether it belongs to a given script.  Currently, only FreeType's 'latin'
781 autohinting module is implemented, but more are expected to come.  Note,
782 however, that this module is capable to hint other scripts too.
784 Here is the hardcoded list of character ranges that are hinted by this
785 'latin' module.  As you can see, this also covers some non-latin scripts (in
786 the Unicode sense) that have similar typographical properties.
788 In ttfautohint, scripts are identified by four-character tags.  The value
789 `dflt` indicates 'no script', which gets hinted by 'dummy' auto-hinting
790 module.
793 Table: `latn` character ranges
795      Character range     Description
796   ---------------------  -------------
797   `0x0020` - `0x007F`    Basic Latin (no control characters)
798   `0x00A0` - `0x00FF`    Latin-1 Supplement (no control characters)
799   `0x0100` - `0x017F`    Latin Extended-A
800   `0x0180` - `0x024F`    Latin Extended-B
801   `0x0250` - `0x02AF`    IPA Extensions
802   `0x02B0` - `0x02FF`    Spacing Modifier Letters
803   `0x0300` - `0x036F`    Combining Diacritical Marks
804   `0x1D00` - `0x1D7F`    Phonetic Extensions
805   `0x1D80` - `0x1DBF`    Phonetic Extensions Supplement
806   `0x1DC0` - `0x1DFF`    Combining Diacritical Marks Supplement
807   `0x1E00` - `0x1EFF`    Latin Extended Additional
808   `0x2000` - `0x206F`    General Punctuation
809   `0x2070` - `0x209F`    Superscripts and Subscripts
810   `0x20A0` - `0x20CF`    Currency Symbols
811   `0x2150` - `0x218F`    Number Forms
812   `0x2460` - `0x24FF`    Enclosed Alphanumerics
813   `0x2C60` - `0x2C7F`    Latin Extended-C
814   `0x2E00` - `0x2E7F`    Supplemental Punctuation
815   `0xA720` - `0xA7FF`    Latin Extended-D
816   `0xFB00` - `0xFB06`    Alphabetical Presentation Forms (Latin Ligatures)
817   `0x1D400` - `0x1D7FF`  Mathematical Alphanumeric Symbols
818   `0x1F100` - `0x1F1FF`  Enclosed Alphanumeric Supplement
821 Table: `grek` character ranges
823      Character range     Description
824   ---------------------  -------------
825   `0x0370` - `0x03FF`    Greek and Coptic
826   `0x1F00` - `0x1FFF`    Greek Extended
829 Table: `cyrl` character ranges
831      Character range     Description
832   ---------------------  -------------
833   `0x0400` - `0x04FF`    Cyrillic
834   `0x0500` - `0x052F`    Cyrillic Supplement
835   `0x2DE0` - `0x2DFF`    Cyrillic Extended-A
836   `0xA640` - `0xA69F`    Cyrillic Extended-B
839 Table: `hebr` character ranges
841      Character range     Description
842   ---------------------  -------------
843   `0x0590` - `0x05FF`    Hebrew
844   `0xFB1D` - `0xFB4F`    Alphabetic Presentation Forms (Hebrew)
847 If a glyph's character code is not covered by a script range, it is not
848 hinted (or rather, it gets hinted by the 'dummy' auto-hinting module that
849 essentially does nothing).  This can be changed by specifying a *fallback
850 script* with [option `--fallback-script`](#fallback-script).
852 It is planned to extend ttfautohint so that the `GSUB` OpenType table gets
853 analyzed, mapping character codes to all glyph indices that can be reached
854 by switching on or off various OpenType features.
857 SFNT Tables
858 -----------
860 ttfautohint touches almost all SFNT tables within a TrueType or OpenType
861 font.  Note that only OpenType fonts with TrueType outlines are supported.
862 OpenType fonts with a `CFF` table (this is, with PostScript outlines) won't
863 work.
865   * `glyf`: All hints in the table are replaced with new ones.  If option
866     [`--composites`](#hint-composites) is used, one glyph gets added (namely
867     the '\.ttfautohint' glyph) and all composites get an additional
868     component.
870   * `cvt`, `prep`, and `fpgm`: These tables get replaced with data
871     necessary for the new hinting bytecode.
873   * `gasp`: Set up to always use grayscale rendering with grid-fitting
874     for standard hinting, and symmetric grid-fitting and symmetric
875     smoothing for horizontal subpixel hinting (ClearType).
877   * `DSIG`: If it exists, it gets replaced with a dummy version.
878     ttfautohint can't digitally sign a font; you have to do that afterwards.
880   * `name`: The 'version' entries are modified to add information about the
881     parameters that have been used for calling ttfautohint.  This can be
882     controlled with the [`--no-info`](#add-ttfautohint-info) option.
884   * `GPOS`, `hmtx`, `loca`, `head`, `maxp`, `post`: Updated to fit the
885     additional '\.ttfautohint' glyph, the additional subglyphs in
886     composites, and the new hinting bytecode.
888   * `LTSH`, `hdmx`: Since ttfautohint doesn't do any horizontal hinting,
889     those tables are superfluous and thus removed.
891   * `VDMX`: Removed, since it depends on the original bytecode, which
892     ttfautohint removes.  A font editor might recompute the necessary data
893     later on.
896 Problems
897 --------
899 Diagonals.
901 TODO