Windows 2000 Insider/PC Insider合同特別企画

Windows XPの正体
―― 実験/実証によって探るWindows XPの真実の姿 ――

文字表示を滑らかにする新技術「ClearType」

デジタルアドバンテージ
2001/07/17


 Windows XPでは、新たにフォント表示技術として「ClearType(クリアタイプ)」が採用された。ClearTypeは、マイクロソフトが開発したフォントのスムージング(アンチエイリアシング)技術の1種である。この技術は、1998年11月に開催されたCOMDEX/Fallですでに発表されており、マイクロソフトが開発・提供する電子書籍ソフトウェア「Microsoft Reader」に採用されている。なお、Microsoft Readerは電子書籍の標準仕様「Open eBook」に対応したソフトウェアだ(Open eBookのホームページ)。Windows XPをはじめとして、Windows CEや携帯電話向けのOS(開発コード名「Stinger:スティンガー」)などでも、ClearTypeの採用が予定されている(AdobeのAcrobat 5.0では、ClearTypeと同様の技術「CoolType」が採用されている)。

ClearTypeの仕組み

 これまでのアンチエイリアシングでは、斜め線などのギザギザになってしまう部分を中間色で表現し、滑らかに見えるようにしていた。例えば、黒い背景に白い文字を表示する場合は、白と黒の中間色、つまり灰色(グレー)で文字と背景の境界部分を描画する。このときグレーは複数の階調で描画され、白から黒あるいは黒から白への変化をなだらかに表現する。

 これに対しClearTypeは、ディスプレイの「赤(R)」「緑(G)」「青(B)」のサブピクセルを使って階調を表現し、アンチエイリアシングを行う技術である。通常、ディスプレイの1ピクセルは、RGBの各色のサブピクセルで構成されている。RGBの各サブピクセルを光が透過(もしくは発光)することで、色を表現する(RGBの3色を透過/発光させることで白になる)。ClearTypeは、これまでのアンチエイリアシングでグレーにしていた部分をこのサブピクセル単位まで制御することで、より滑らかに見せることを実現したものだ。このような仕組みのため、ClearTypeが最も効果的なのは、Windows上のピクセルとディスプレイ上のピクセルが1対1で対応する液晶パネルである。

 文章で説明するよりも、写真で見ていただいた方が分かりやすいと思うので、以下にこれまでのWindowsで採用されてきたアンチエイリアシングを無効/有効にしたものと、ClearTypeを有効した各状態を示す。

液晶パネルで表示した文字を拡大撮影したもの
Times New Romanの「A」の文字を48ポイントで表示させたものを拡大撮影した。右側の写真は、「A」の上側の部分だけを拡大したもの。
 
通常のアンチエイリアシングを無効にした状態
文字の斜め線の部分がギザギザに見える。これは、白と黒のみの2階調で表現しているためだ。
通常のアンチエイリアシングを有効した状態
文字の斜め線の部分をグレーで補完することで、滑らかに見えるようにしている。白と黒だけでなく、中間調を使用している。上のアンチエイリアシングを無効にした状態に比べて、滑らかになっているのが分かるだろう。
ClearTypeを有効にした状態
アンチエイリアシングと同様に、文字の斜め線の部分を中間調を使って補完し、滑らかに見せている。しかし、単純なグレーではなく、RGBの各色ごとに階調を調整することで、より滑らかな表現を可能にした。拡大写真を見ると分かるように、GやBの階調だけが落ちている部分がある。

 参考までにCRTディスプレイで同じフォントを表示したものを示す。写真では分かりにくいかもしれないが、明らかにClearTypeは有効である。

アパチャーグリル管のCRTディスプレイの場合
トリニトロンやダイヤモンドトロンといったアパチャーグリル管では、液晶ディスプレイと同様、RGBの各色が横一列に並ぶ。しかし、液晶パネルと異なり、Windows上のピクセルとディスプレイ上のピクセルが1対1で対応しないため、補完部分はサブピクセルの半階調とはならない。アンチエイリアシングとClearTypeの差が分かりにくいが、ClearTypeではAの文字の左側が赤に、右側が青に、若干にじんだように見える。
  アンチエイリアシングを無効にした状態
アンチエイリアシングを有効した状態 ClearTypeを有効にした状態
 
シャドーマスク管のCRTディスプレイの場合
シャドーマスク管では、RGBの各色が三角形状に配置されているうえ、Windows上のピクセルとディスプレイ上のピクセルが1対1で対応しないため、補完部分はサブピクセルの半階調とはならない。少々分かりにくいが、ClearTypeではAの文字の右側が若干青くにじんで見える。
  アンチエイリアシングを無効にした状態
アンチエイリアシングを有効した状態 ClearTypeを有効にした状態

 この写真を見ても分かるように、単純にサブピクセルのオン/オフだけでなく、RGB各色を数階調(見た感じでは5階調程度と思われるが、正確なところは不明)で表現している。マイクロソフトのClearTypeに関する論文によると、目の特性を考慮してRGB各色の階調(輝度)レベルを適正に制御することで、色ズレに見えるのを最小限に抑え、従来のアンチエイリアシングよりも滑らかに見えるようにしているという(階調レベルはかなり複雑な計算によって導き出されるようだ)。こうした階調レベルの制御により、CRTディスプレイでもClearTypeが有効に働くものと思われる。

 拡大写真の状態をサブピクセルのオン/オフ/中間調の3階調で模式化したのが下の図だ。なお、CRTディスプレイの場合、Windows上のピクセルとディスプレイ上のピクセルが1対1に対応しないため、実際には図のようにくっきりとピクセルが分かれることはない点に注意していただきたい。

ピクセルの模式図(模式図の拡大説明図
通常のアンチエイリアシングを無効にした状態 通常のアンチエイリアシングを有効にした状態
ClearTypeを有効にした状態 CRTディスプレイ(アパチャーグリル管)でClearTypeを有効にした状態

 これを見ると分かるように、従来のアンチエイリアシングとは異なり、ClearTypeではRGBをサブピクセルとして分割して、Rの成分だけを残すなどの処理をしている。通常のアンチエイリアシングでは、フォントが太って見えたり、ボケたイメージに見えたりした。その点、ClearTypeでは、事実上1/3ピクセル・サイズで制御が行われているため、よりフォントをすっきりと滑らかに見せる。

 ClearTypeでは、このようにRGB各色を別々に制御しているため、ClearTypeを有効にした状態で画面をキャプチャし、拡大を行うと、以下のようにフォントの横に白と黒以外のピクセルが現れてしまう。画面をキャプチャして、拡大して使用するような場合には、ClearTypeを無効にした方がいいだろう。

ClearTypeを有効にした状態でキャプチャした画面
ClearTypeを有効にした状態でキャプチャした画面を拡大すると、このように白黒の文字であるのにもかかわらず、ほかの色が現れてしまう。画面は18ポイントのMS明朝体(斜体)を6倍に拡大したもの。

 なお、ClearTypeの有効/無効の設定は、[画面のプロパティ]−[デザイン]タブの[効果]で行う。

[画面のプロパティ]−[デザイン]タブ−[効果]の設定画面

 ClearTypeは、TrueTypeのフォント・エンジンに組み込まれる形で実現されているので、ビットマップ・フォントには働かない。そのため、フォントの種類やサイズによっては有効にならないものもあるので、この点に注意したい。代表的なフォントを編集部で調べたところ、画面のフォント・サイズを「小さいフォント」にした状態で、ClearTypeが働くのは下表のとおりであった。

フォント 属性 4 6 8 10 11 12 14 16 18 20 22 24 26 28 36 48 51 55 57 60 63 65 68 72 80
Arial   × × × × × × × ×
Arial B × × × × × × ×
Arial I × × ×
Courier   × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × ×
Courier New   × ×
Courier New B × × ×
Courier New I × × ×
Gillsans   × × × × × × × ×
Gillsans B × × × × × × ×
Gillsans I × × ×
Helvetica   × × × × × × × ×
Helvetica B × × × × × × ×
Helvetica I × × ×
Times New Roman   × × × × × × ×
Times New Roman B × × × × × × ×
Times New Roman I × × ×
MS ゴシック   × × × × × × × ×
MS ゴシック B × × × × × × × ×
MS ゴシック I × × × × × × × ×
MS Pゴシック   × × × × × × × ×
MS Pゴシック B × × × × × × × ×
MS Pゴシック I × × × × × × × ×
MS UI Gothic   × × × × × × × ×
MS UI Gothic B × × × × × × × ×
MS UI Gothic I × × × × × × × ×
MS 明朝   × × × × × × × ×
MS 明朝 B × × × × × × × ×
MS 明朝 I × × × × × × × ×
MS P明朝   × × × × × × × ×
MS P明朝 B × × × × × × × ×
MS P明朝 I × × × × × × × ×
平成角ゴシックW5   × × × × × × × ×
平成角ゴシックW5 B × × × × × × × ×
平成角ゴシックW5 I × × × × × × × ×
平成明朝W3   × × × × × × × ×
平成明朝W3 B × × × × × × × ×
平成明朝W3 I × × × × × × × ×
主なフォントのClearTypeの有効サイズ(属性の「B」は太字、「I」はイタリック)
画面のフォント・サイズを「小さいフォント」にした状態で調べた。ワードパットなどで拡大すると、同じフォント・サイズでも見た目のサイズに相当した働きとなる。例えば、10ポイントのMS明朝でも200%に拡大すれば、20ポイント相当になるため、ClearTypeは有効になる。

 この表を見ると分かるように、上記の日本語フォントでClearTypeが有効なのは、4ポイントと18〜72ポイントに限られる(HGゴシックなどのサードパーティ製TrueTypeフォントの場合はすべてのポイントでClearTypeが有効)。使用頻度の高い16ポイント以下が含まれていないのは、ビットマップ・フォントが使われていたり、高速化のためにClearTypeを無効にしたりしているためと思われる。また、解像度の低いCRTディスプレイや液晶ディスプレイでClearTypeを有効にすると、文字が色ニジミを起こしたように見えることもある。これは、前述のようなClearTypeの仕組みから起きる現象だ。ただ今後、液晶パネルの高解像度化が進むことを考えると、むしろClearTypeがより有効に働く場面は増えるだろう。また、シャープは同様の技術を使ったフォント「LCフォント.C」を開発しており、携帯電話などに採用していくという(シャープの「LCフォント.Cに関するニュースリリース」)。こうしたフォントがいろいろと開発され、Windows上に搭載されるようになれば、よりClearTypeを活かした表示が可能になるだろう。

  関連リンク 
Open eBookの仕様
CoolTypeの技術情報ページ
Windows XPの製品情報ページ
 

 INDEX
  Windows 2000 Insider/PC Insider合同特別企画
    Windows XPの正体
    次世代に向けたCD-R/RWの書き込み機能のサポート
    セーフモードが高解像度対応になるWindows XP
  文字表示を滑らかにする新技術「ClearType」
    Windows XPで正式サポートされたDVD-RAM
    大幅に改善されたWindows XPのIDEサポート
    Windows XPのドライバ・インストールに関する安全機能
    高速化されたスタンバイ状態と休止状態
   
 
 
Windows XPの正体

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