PDFのカラーエモジフォント：COLR v1、SVG、ビットマップをDelphiで

HotPDFはTHotPDF.DrawRegisteredColorGlyphを通してカラーエモジをPDFへ描きます。RegisterUnicodeTTFで登録されたフォントのカラーデータを読み、ネイティブなPDFグラフィックスとして出力します。COLR v0のレイヤーは塗りつぶされたグリフアウトラインに、COLR v1のpaintグラフはクリップとシェーディングとブレンドモードに、SVGグリフはForm XObjectに、CBDTやsbixのビットマップは画像になります。ネイティブにマップできないものは、黙って黒い形に変わる代わりに、OnColorGlyphRasterizeイベントへ行きます

この最後の一文こそ、このコードが存在する全部の理由です。普通のやり方でエモジフォントを埋め込むと、ビューアーはglyfかCFFのアウトラインを受け取り、たまたまカレントの塗り色だったもので満たします。笑顔の顔は黒い塊として届き、旗は長方形として届き、パイプラインのどこも文句を言いません

カラーエモジがPDFで黒いシルエットとして印字されるのはなぜか

PDFのフォントプログラムにはカラーグリフという概念がありません。ISO 32000-1はグリフを、カレントの色で塗られる形として扱い、OpenTypeが後に追加したカラーテーブル、つまりCOLR/CPAL、SVG 、CBDT/CBLC、sbixは、PDFイメージングモデルの一部ではないので、どのビューアーも埋め込みフォントからそれらを読む義務はありません。色は生成時に、ページ内容へ翻訳されなければなりません。プロデューサーがまだフォントのバイト列を握っていて、どのグリフが欲しいか知っているその時に。その翻訳はフォーマットごとに違い、野外のエモジフォントは全部を使います。レイヤー化されたベクター、グラデーションのpaintグラフ、埋め込みSVG文書、PNG strikeです。HotPDFは結果をTHPDFOpenTypeColorFormatとして報告します。値はotcfNone、otcfCOLRv0、otcfCOLRv1、otcfCBDT、otcfSVG、otcfSBIXで、フォントを固定の優先度で調べます。まずCOLR、次にSVG、次にCBDT、そしてsbix。フォントが両方を運ぶときはビットマップよりベクターデータが勝ちます。拡大や印刷があり得る文書では、そちらが望ましいものです

フォントが両方を運ぶときはビットマップよりベクターデータが勝ちます。拡大や印刷があり得る文書ではそちらが望ましく、カラーパスのないグリフはフォールバックに委ねられます

1つの呼び出し、5つのフォーマット：カラーグリフの解決と描画

コードポイントがどの経路を取るかはTHotPDF.GetRegisteredColorGlyphInfoが答え、DrawRegisteredColorGlyphがそれを取ります。どちらも、RegisterUnicodeTTFに最後に渡されたフォントの文字マップでコードポイントを引きます。だから呼び出しの時点で、カラーフォントが登録済みUnicodeフォントでなければなりません。描画関数は、グリフにカラーデータがないか、どの経路も描けないときにFalseを返し、フォールバックはあなたに任せます

const
  FormatNames: array[THPDFOpenTypeColorFormat] of string =
    ('none', 'COLR v0', 'COLR v1', 'CBDT', 'SVG', 'sbix');
var
  Pdf: THotPDF;
  Info: THPDFOpenTypeColorGlyphInfo;
begin
  Pdf := THotPDF.Create(nil);
  try
    Pdf.AutoLaunch := False;
    Pdf.FileName := 'emoji.pdf';
    Pdf.BeginDoc;
    Pdf.RegisterUnicodeTTF('C:\Windows\Fonts\seguiemj.ttf');

    // U+1F600、CPALパレット0、300 ppemに最も近いビットマップstrike
    if Pdf.GetRegisteredColorGlyphInfo($1F600, 0, 300, Info) then
      Writeln(Format('GID %d via %s',
        [Info.GlyphID, FormatNames[Info.Format]]));

    if not Pdf.DrawRegisteredColorGlyph(Pdf.CurrentPage, $1F600,
      72, 144, 'Segoe UI Emoji', 36, 0, 300) then
    begin
      // カラーデータなし：モノクロームのアウトラインへフォールバック
      Pdf.CurrentPage.SetFont('Segoe UI Emoji', [], 36, DEFAULT_CHARSET);
      Pdf.CurrentPage.TextOut(72, 144, 0, WideString(#$D83D#$DE00));
    end;
    Pdf.EndDoc;
  finally
    Pdf.Free;
  end;
end;

2つのパラメータに注目の価値があります。PaletteIndexはCPALパレットを選ぶので、暗い背景用のパレットを同梱するフォントは、グリフに触れずに切り替えられます。TargetPixelsPerEmはビットマップフォントでだけ意味があり、ゼロのままだとRound(FontSize * 96 / 72)、つまりスクリーン解像度が既定になります。だから例が印刷出力のために300を要求しているのです。正直な限界はシグネチャーにあります。この呼び出しは1つのコードポイントを受け取り、cmapだけを通してマップします。ZWJシーケンス、肌の色トーンのモディファイア、regional-indicatorの旗はGSUBリガチャーなので、それらを組み立てることはOpenType GSUB代替字形の記事が扱う種類のshaping問題であり、このエントリーポイントが代わりにやってくれることではありません

COLR v0：パレット色のスタックされたグリフレイヤー

COLR v0は単純なケースで、HotPDFは直接描画します。各ベースグリフはCPALの色エントリー付きでレイヤーグリフを列挙し、各レイヤーは自分の塗り色を持つ、普通のテキスト表示操作1つになり、テーブル順にスタックされます。アルファが255未満のレイヤーは、一致する/caと/CAを持つgraphics state parameter辞書を得ます（ISO 32000-1 §8.4.5）。そしてすべてのレイヤーグリフは使用済みとして印を付けられるので、コードポイントが直接マップしなくても、サブセッターはそのアウトラインを保持します。人は驚きやすい細部が1つあります。パレットエントリーインデックスの0xFFFFは、OpenType仕様では「テキストの前景色を使え」という意味ですが、HotPDFはこれをカレントのページ塗り色ではなく、黒として解決します。エモジフォントではほとんど問題になりません。前景エントリーに頼ってグリフを着色するアイコンフォントでは、テキストの色に従うと決めつける前に、出力を確認してください

HotPDFはCOLR v1のpaintグラフをどうPDFオペレーターへ変えるか

まずpaintテーブルを平坦で有界なグラフへ解析し、それから初めて各ノードをPDFの構成要素へマップする、というやり方です。COLR v1のグリフはレイヤーのリストではなく、paintレコードの有向非巡回グラフで、ノードはPaintColrLayersとPaintColrGlyphを通して共有され得ます。パーサーは4096 paintノード、深さ64階層、カラーストップ1024個で上限を設け、すべてのノードをactiveかdoneか追跡します。activeノードへの参照、つまり悪意あるフォントがレイヤー再利用で組み立てられるサイクルは、再帰する代わりに拒否されます。オフセットの基準こそ、最初の実装が間違える場所です。BaseGlyphPaintRecordのオフセットはBaseGlyphListの先頭基準、LayerListのpaintオフセットはLayerList基準、paintテーブルの中のOffset24はすべてそのpaintテーブル自身基準です。3つを同じ基準で解決すると、完全に合法なグリフが境界検査に落ちます。壊れたフォントそっくりに見える失敗です。グラフが組み上がれば、マッピングは直接的です：

PaintGlyphはグリフアウトラインを、テキストレンダリングモード7（ISO 32000-1 §9.3.6）のクリップとして設定し、その中で子を描きます
ソリッドのpaintはクリップされた矩形を塗りつぶし、線形グラデーションはマルチストップのaxial shadingに、放射グラデーションは2色のradial shadingになります（§8.7.4.5）
sweepグラデーションにはPDFの対応物がないので、HotPDFはカラーラインからサンプルした、単色のくさび96個で近似します
変換はcmとして出力され、グリフのベースライン原点のまわりで共役化され、並進はFontSize / UnitsPerEmでスケールされます
PaintCompositeのモード13から27は、/Multiply、/Screen、/Luminosityのような分離可能と非分離のPDFブレンドモード（§11.3.5）へマップし、ExtGStateの/BMエントリーで設定されます

境界は明示的です。Porter-Duffのモード5から12（src_in、xor、plusなど）にはPDFブレンドモードの対応物がなく、線形と放射グラデーションのrepeatとreflectのextendモードは出力されず、ストップが異なるアルファ値を運ぶグラデーションは、単一の不透明度で偽装されません。ストップを2つ超える放射グラデーションは、最初と最後の色だけを保ちます。HotPDFは、1つのオペレーターを書く前に、グラフ全体をこの対応済みサブセットと照合します。だから対応外のグリフはページを無傷のままにして、描きかけを残す代わりに、ラスターフォールバックへ進みます

HotPDFのCOLR v1変換の図。paintグラフは4096ノード、深さ64階層、カラーストップ1024個で上限のある有界グラフとして解析され、サイクルは拒否されます。PaintGlyphはモード7のクリップに、線形と放射グラデーションはaxialとradial shadingに、sweepグラデーションは96個のくさびに、PaintCompositeのモード13から27はPDFブレンドモードになります — 最初のオペレーターが書かれる前に、グラフ全体が対応済みサブセットと照合されます。対応外のグリフはページを無傷のままにし、描きかけを残す代わりに、ラスターフォールバックへ進みます

SVGグリフとビットマップstrike

SVGグリフは、HotPDFがSVGファイルのインポートに使うのと同じ有界ビルダーを通ります。結果はForm XObject（§8.10）として登録され、SVGからForm XObjectへの記事で説明したのとまったく同じやり方です。SVG テーブルの中の文書はgzip圧縮されているかもしれません。展開は8 KBのチャンクで走り、展開後のサイズが32 MBを超えそうになった時点で止まります。先に展開してから確認するのではなく、というやり方です。そして圧縮入力自体は8 MBで頭打ちです。プロファイルは意図的に制限的です。スクリプト、埋め込み画像、外部URL、data: URI、非ローカル参照はfail closedします。フォームは長い辺がフォントサイズと等しくなるようスケールされ、ベースラインに固定されます。これはy下向きのSVG座標系をy上向きのPDF座標系へ写します。注意として、ビルダーはグリフのためのSVG文書全体を受け取ります。glyphNNN要素の選択はありません。だから多くのグリフを1つの共有文書へ詰め込むフォントは、頼る前にテストする価値があります

ビットマップフォントはstrikeの選択と配置の問題です。CBDTでは、HotPDFは垂直ppemがTargetPixelsPerEmに最も近いCBLCサイズを選び、画像フォーマット17、18、19を受け付け、フォーマット19のメトリクスはCBLCのインデックスサブテーブルから読みます。このフォーマットは自分のメトリクスを一切格納しないからです。sbixでは、strikeのオフセットはテーブル基準、グリフのオフセットはstrike基準であり、dupeレコードは別のグリフのグラフィックを、自分のoriginオフセットを保ったまま再利用します。再帰に外側のoriginを上書きさせると、画像はずれます。PNGとJPEGのペイロードは内部でデコードされ、フォントサイズへ引き伸ばされる代わりにFontSize / PixelsPerEmYでスケールされ、完全に不透明でないピクセルが1つでもあるときはソフトマスク付き（§11.6.5.3）で書かれます。sbixのTIFFペイロードはデコードされず、イベントへ行きます

グリフをネイティブに描けないとき何が起きるか

HotPDFはOnColorGlyphRasterizeを上げ、あなたのハンドラーが返したRGBAビットマップを、なんでも配置します。何も割り当てられていないか、ハンドラーがHandledを偽のままにした場合は、DrawRegisteredColorGlyphがFalseを返し、ページは無変更のままです。イベントが発火するのは、対応済みサブセットの外にあるCOLR v1グラフ、セーフビルダーが拒否したSVG文書、内部デコーダーが読めないビットマップペイロードです。ハンドラーは、フォーマット、生のフォントバイト列、取り出されたアセット（SVG文書、まだgzipのままかもしれない、またはビットマップのバイト列。COLR v1では空）、グリフID、パレット、ターゲットのピクセルサイズを受け取ります

ゼロのサイズ、間違ったバッファー長、あふれる寸法は、ページに触れる前に拒否されます。ハンドラーなしやHandledが偽のときは、呼び出しはFalseを返し、ページは無変更のままです

type
  TEmojiFallback = class
  public
    procedure Rasterize(Sender: TObject;
      Format: THPDFOpenTypeColorFormat; const FontBytes: TBytes;
      const AssetData: TBytes; GlyphID: Word;
      PaletteIndex, PixelSize: Integer;
      out Width, Height: Integer; out RGBA: TBytes;
      out Handled: Boolean);
  end;

procedure TEmojiFallback.Rasterize(Sender: TObject;
  Format: THPDFOpenTypeColorFormat; const FontBytes: TBytes;
  const AssetData: TBytes; GlyphID: Word;
  PaletteIndex, PixelSize: Integer;
  out Width, Height: Integer; out RGBA: TBytes;
  out Handled: Boolean);
begin
  Width := 0;
  Height := 0;
  RGBA := nil;
  // RenderWithOwnEngineはあなたのラスタライザーであり、HotPDFのAPIではない。
  // Width * Height * 4バイトのRGBAをきっかり返さなければならない
  Handled := RenderWithOwnEngine(Format, FontBytes, AssetData,
    GlyphID, PaletteIndex, PixelSize, Width, Height, RGBA);
end;

// 配線
Pdf.OnColorGlyphRasterize := Fallback.Rasterize;

HotPDFは、ページに触れる前にハンドラーの出力を検証します。ゼロのサイズ、長さがきっかりWidth * Height * 4でないバッファー、あふれ得るほど大きい寸法は拒否され、呼び出しはFalseを返します。ラスターフォールバックはそれでもラスタです。このやり方で描かれたエモジはベクターの鋭さを失います。出力解像度に合ったPixelSizeを要求してください。カラーパスを、欠落グリフ追跡の記事の描画時カバレッジ検査と組み合わせれば、任意のユーザーテキストを扱うパイプラインは、欠落グリフと色を失ったグリフの両方を報告できます

カラーグリフレンダラー、OpenTypeのshapingスタック、そしてセーフなSVGビルダーは、DelphiとC++Builderで利用できるHotPDF Delphi PDF componentにすべて同梱されています