Présentation. Fontes numériques

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1 Présentation Fontes numériques Les «fontes numériques» sont des ressources essentielles pour tout système informatique puisque c est à travers elles qu interagissent l homme et la machine, du moins en ce qui concerne le texte, que ce soit sur papier (bureautique, presse, édition, etc.) ou sur écran (web, téléphones portables, affichages lumineux, etc.). Avant de préciser la raison d être de ce numéro spécial de Document numérique et d en résumer le contenu, il nous paraît utile de rappeler rapidement ce qu est, aujourd hui, une fonte et de faire un état de l art. Une importante synthèse a été publiée récemment sur ce sujet et sur celui connexe des codages, Fontes & codages (Haralambous, 2004), nous y renvoyons le lecteur pour plus de détails. Nous donnons ici une approche plus historique de ce concept. Du temps de l imprimerie au plomb, une fonte 1 pouvait être définie comme l ensemble des caractères de la même famille (par exemple le «Garamond») rangés dans des tiroirs (à raison d un tiroir par taille). Avant 1900 : Une fonte = un ensemble discret de caractères de la même famille rangés par taille Le mot caractère désignait d ailleurs plusieurs choses : le parallélépipède physique en plomb (le «type») sur lequel était moulé en relief ce qui allait, par pression, laisser la trace imprimée (œil) d un... caractère (entité linguistique) dans le... caractère de cette fonte (par exemple le Times). Cette polysémie n avait rien de gênant puisque tout le travail se faisait à la main. Si l on voulait par exemple une nouvelle ligature entre deux lettres, un signe dans un corps inhabituel ou un qui chasse un peu moins, une seule 1. S il existe de nombreuses histoires de l imprimerie, il y a très peu d ouvrages consacrés à l histoire des fontes. On saluera donc la parution récente de deux ouvrages abordant ce sujet, l un d un point de vue plutôt typographique (Perrousseaux, 2005) et l autre plutôt technique (Southall, 2005).

2 8 DN 9/2006. Fontes numériques solution : faire faire un nouveau poinçon avec lequel on frappera une matrice où sera moulée le type voulu. La mécanisation (Monotype notamment) et la photocomposition des premières générations 2 ne modifièrent pas fondamentalement ce concept de fonte. Toutefois, au jeu de caractères a été ajouté quelque chose de nouveau : le concept de table de chasse 3 afin que la machine puisse faire les calculs nécessaires à la justification. Une «fonte» devenait ceci : De 1900 à 1950 : Une fonte = un jeu de caractères + une table de valeurs liées à chacun de ces caractères. Il a vite fallu lier ces deux concepts un caractère et ses valeurs associées et la notion de codage est venue naturellement 4. Le développement des transmissions (et notamment du Télex) puis de l informatique ont ainsi conduit à la naissance de codes tels que IA1, ASCII, etc. Mais ces codes n étaient pas suffisants pour les besoins des typographes. Trois solutions ont alors été inventées et ont, malheureusement, perduré quasiment jusqu à nos jours : des systèmes ont utilisé des codages plus grands (par exemple le clavier à 300 touches de la Monotype) mais non standardisés (typiquement, aujourd hui, les codes pour la ligature œ) ; d autres ont utilisé des codes (voire des langages, typiquement TEX) en amont (dans le traitement de texte) différents de ceux du codage des fontes utilisées ce qui permettait notamment de lever des ambiguïtés, par exemple celle du signe - d Ascii qui sert à la fois de trait d union (-), de signe moins ( ) et de tiret ( ) ; d autres enfin se sont contentés de la pauvreté de ces codages informatiques alors que les fontes sont capables de faire mieux (que l on pense aux lettres accentuées françaises encore bien souvent absentes dans les mails!). Depuis la Seconde guerre mondiale, l informatique «lourde», qui utilisait des technologies par impact (tabulatrices, imprimantes à chaîne, machines à écrire, etc.), n a guère fait faire de progrès au concept de fonte. Il faudra attendre la fin des années 1960 avec d une part l invention de nouveaux dispositifs de sortie (traceurs du type 2. Voir (Marshall, 2003) pour l histoire de la photocomposition et (Southall, 2005) pour celle des fontes pour ces machines. 3. En fait, les caractères en plomb étaient déjà accompagnés d une table, celle du décompte des caractères dans une fonte : a, b, c, etc. Cette table s appelait la police (de l italien polizia, liste ; c est le mot que l on retrouve dans «police d assurance») ; quand on a eu besoin de ces nouvelles tables, on a remplacé dans les polices le nombre de caractères par leur chasse (leur largeur) et on a gardé le mot police qui a alors désigné la fonte elle-même. Nous préférons garder ici le mot «fonte», même pour les numériques, mais en laissant certains auteurs de ce numéro utiliser le mot police. 4. Pour une histoire des codages, voir (André et al., 2002) et (Haralambous, 2004).

3 Présentation 9 Calcomp, imprimantes à aiguilles, tubes CRT, etc.) et d autre part des recherches de type académique 5 pour qu émergent une première série d acquis : il n y a plus dans les organes de sortie de «caractères» physiques, mais des données ou algorithmes permettant de tracer une image (on dit maintenant un glyphe) dépendant d un caractère donné ; ces glyphes peuvent être tracés comme une suite de segments soit simulant le ductus soit définissant ses contours qu il faut alors projeter sur une grille (bitmap) et remplir. On arrive ainsi à de nouvelles conceptions de fontes dont celle-ci (Ruggle, 1983) : Vers 1968 : Une fonte = un identificateur de fonte (p.ex. 1=Baskerville-Roman) + un ensemble de glyphes un glyphe = un numéro de code + une chasse + les coordonnées de segments approchant les contours ces fontes ne pouvant donc fonctionner qu avec un processeur capable de noircir l intérieur des contours une fois projetés sur le papier ou le film. Aussi, le plus souvent, ces coordonnées sont remplacées par des bitmaps précalculés (ou construits à la main) correspondant au glyphe. Mais c est avec la photocomposition à CRT puis à laser que les fontes numériques se sont vraiment développées ; voir (Southall, 2005). Ces machines s adressaient à des professionnels de l imprimerie 6 aussi qualité et vitesse étaient-elles leurs deux premiers critères, La photocomposition a ainsi amené des études sur le dessin des caractères adaptés aux trames des photocomposeuses (Frutiger, Mandel, etc.) et la «numérisation» d importantes collections de fontes anciennes, continuant en celà le travail initié pour la Monotype 7 ; la prise de conscience du besoin de quantifier (ou au moins de donner des échelles) un certain nombre de paramètres (en plus de la chasse et du corps) tels que la graisse, les angles d italique, l étroitesse, etc. les premières machineries de fontes utilisant des algorithmes de tracés de caractères à partir de contours, sur lesquels nous allons revenir ci-dessous. Mais ces photocomposeuses présentaient quelques défauts : elles étaient réservées, de par leurs prix et leur spécificité, à la seule classe des imprimeries ; 5. On trouvera dans (Ruggle, 1983) quelques exemples de ces prototypes. 6. L importance du marché justifie sans doute le financement de recherches dans le cadre de projets associant universités, entreprises commerciales, voire le ministère américain de la défense (Marshall, 2003). Il en a été de même en Europe où des thèses financées par des industriels ont été passées dans les années 1970 sur des sujets liés à la photocomposition, par exemple à Saint-Étienne et à Lausanne. 7. Ce qui n a pas été d ailleurs sans poser de premiers problèmes de droits de copie, sujet que nous n aborderons pas, hélas, dans ce numéro.

4 10 DN 9/2006. Fontes numériques elles étaient en fait des «composeuses» et faisaient donc des choses comme la justification, la partie flashage des fontes n étant finalement qu une petite partie, mais indissociable ; il n y avait aucune normalisation 8. Dans les années 1970, des domaines pourtant différents ont eu besoin de fontes de meilleure qualité que celles de l informatique traditionnelle mais surtout disposant d un bien plus grand jeu de caractères. Citons notamment les secrétariats (naissance de la bureautique), les mathématiciens et ingénieurs et les utilisateurs d écritures non latines. Il s est trouvé qu à cette époque sont apparues de nouvelles techniques d impression (thermique, électrostatique comme la Versatec, mais surtout laser) dont les prix abordables ont permis à des chercheurs de mettre au point des algorithmes de traitement de graphiques qui ont été repris dans les nouveaux systèmes 9 de fontes qui sont alors nés soit dans des fonderies (Bitstream, Ikarus chez URW, etc.), soit dans des laboratoires universitaires comme TEX et METAFONT à Stanford (Knuth, 1978). Peu après 1980, naît la société Adobe Systems 10 qui devint le leader des fontes grâce à son langage de manipulation de pages PostScript dont le modèle de fonte est très fortement inspiré de celui de TEX. PostScript a eu le succès commercial que l on sait au point de devenir un standard de facto. Une fonte PostScript peut être définie comme suit. Fontes PostScript fonte = base de données formée d identificateurs (nom, copyright, etc.) de données globales (graisse des traits, pente d italique, ligatures prédéfinies, etc.) d un espace de noms de glyphe et d une table de conversion caractère/glyphe d un ensemble de glyphes, chacun ayant une description géométrique de ses contours des propriétés métriques (chasse, etc.) Les données d une fonte Postscript sont accessibles d abord par les systèmes de traitement de texte au sens large (par exemple Word, L A TEX, mais aussi HTML) qui, selon le contexte typographique, vont choisir un ou plusieurs glyphes de la fonte en fonction des caractères demandés par l utilisateur et prévoir la mise en page et la justification en fonction des données métriques des glyphes utilisés. Lors du rendu de ces glyphes (impression ou affichage sur écran par exemple), les données de la 8. Les tentatives de normalisation débouchèrent en fait sur des normes de... composition, comme SGML 9. On en trouvera les principaux dans (Southall, 2005) et (Haralambous, 2004). 10. Elle a été créée par des transfuges du centre de recherche de Xerox à Palo Alto (PARC) créé en 1970 et où avaient été déjà développés le premier prototype d imprimante à laser, divers langages graphiques et le langage de manipulation de pages Interpress.

5 Présentation 11 fonte vont à nouveau être utilisées par le moteur de rendu (ou «trameur» ou RIP) présent par exemple dans, ou en amont de, toute «machine PostScript», imprimante ou flasheuse) qui va fonctionner selon les principes suivants 11. Tout d abord, signalons que ces fontes sont définies pour des appareils à trames constitués d une grille de points que l on peut noircir ou pas 12, qui possèdent une certaine définition (par exemple 300 ppp). Chaque glyphe possède une définition géométrique de ses contours (en général des splines définies par des courbes de Bézier). Ces contours sont projetés sur la trame (à la position demandée par le système de traitement de texte) en tenant compte du contexte graphique (corps demandé, rotations, déformations, etc.) La surface intérieure définie par ces contours est alors peinte (en général en noir) définissant le plan de bits (bitmaps) qui sera alors imprimé ou affiché 13. Des améliorations sont possibles avant la phase précédente : pour adapter le bon positionnement des contours sur la grille réelle (notamment pour éviter que des jambes de lettres n aient pas la même taille, ou supprimer des discontinuités dans le tracé), les fontes de PostScript proposent des indications qui seront utilisées par le moteur pour affiner les tracés des glyphes (mécanisme dit de hinting). Les fontes PostScript ont évolué par la suite : d une part, pour faire face à la multitude de caractères des écritures d Extrême- Orient, en introduisant une nouvelle couche d information située entre le caractère et le glyphe : l «identifiant de glyphe» (CID = character identifier où par «caractère» il faut entendre «glyphe»). Une fonte CID est un ensemble de fontes ordinaires (chacune à 256 glyphes accessibles) chapotées par une table de correspondances entre caractères (dans un codage donné) et identifiants de glyphe. Ces identifiants constituent un nouveau type de codage, pour lequel Adobe détient le monopole ; d autre part dans le sens de la flexibilité, en définissant des contours variables dépendant des valeurs d un certain nombre de paramètres. Les fontes «accordéon» ainsi produites, appelées Multiple Master, ont d abord servi à la substitution de fontes non incluses dans les documents PDF, également introduits par Adobe. Un autre format de fontes, TrueType, est apparu vers 1990, défini par Apple et adopté par Windows, essentiellement par rivalités commerciales. Les principales différences avec le format PostScript sont l emploi de splines différentes et le mécanisme de hinting qui, dans TrueType, relève plus de la programmtion qu en PostScript. 11. On trouvera dans (Haralambous, 2004) et (Hersch, 1993) les détails techniques. 12. On utilise aujourd hui des trames qui ne sont plus binaires, par exemple les gammes de gris des écrans d ordinateurs ou les écrans à cristaux liquides des téléphones portables. L article de Jérémie Hornus décrira longuement ces techniques plus loin dans ce numéro. 13. Pour diverses raisons, notamment de temps de calcul, ces deux phases (projection des contours et remplissage) étaient souvent faites en amont du moteur de rendu ; il fallait alors stocker ces bitmaps dans la fonte et les fournir au fichier envoyé pour le rendu. C est ainsi que procédaient notamment la majorité des affichages sur écrans et le système TEX.

6 12 DN 9/2006. Fontes numériques Le format TrueType est mieux adapté au document électronique puisqu il favorise l accès direct à l information, stockée dans des tables binaires. D autre part il est flexible puisqu il permet à l utilisateur de définir ses propres tables sans nuire à l utilisation de la fonte : du moment que la syntaxe de base est respectée, chaque système n accède qu aux tables qu il sait interpréter. Par contre, le format TrueType utilise des courbes de Bézier quadratiques, ce qui rend le contour entier d un glyphe potentiellement dépendant de chacun de ses points. Il est donc impossible de dessiner un contour en utilisant des outils interactifs. Dans la pratique, on dessine les glyphes en courbes cubiques (= en PostScript), pour les convertir ensuite en quadratiques. Mais l avantage du quadratique a tout de même été de réduire la charge calculatoire du système de rendu et de permettre un affichage écran en temps réel et de bonne qualité. On a donc pris l habitude d associer PostScript à l impression et au graphisme et TrueType à l affichage écran et au graphisme. Une fonte TrueType peut être définie comme suit. Fontes TrueType fonte = ensemble de tables table = ressource contenant des identificateurs (nom, copyright, etc.) ou des correspondances entre caractères et glyphes ou des données métriques en unités abstraites ou des données métriques relatives aux pixels ou des descriptions de glyphe ou du code en langage assembleur pour l optimisation de rendu ou des noms de glyphe utiles lors de la conversion en PostScript ou des données spéciales, compréhensibles uniquement par un logiciel donné (par ex. VOLT) etc. Outre ces aspects de format informatique, depuis 1980 de nombreuses tentatives de faire évoluer ces formats de fontes apparurent en fonction des besoins réels des utilisateurs : universalité : adaptation aux systèmes d écriture du monde entier (alphabets latins, moyen-orientaux, alphabets anciens, idéogrammes orientaux, etc.) et aux différents systèmes de notation universels (formules mathématiques, musique, circuits éléctroniques, braille, etc.) ; «intelligence» : fourniture de plus en plus d informations au système d exploitation concernant des opérations typographiques à effectuer comme les ligatures, le comportement contextuel lors de la composition, l accentuation, etc. ; sécurisation : les fontes étant ouvertes en permanence par le moteur d affichage, elles constituent de points d extrême vulnérabilité pour le système) ;

7 Présentation 13 protection : la profusion de fontes et la diffusion de plus en plus croissante de documents électroniques sur le Web a également engendré une autre problématique : celle des droits d auteur et de leur protection. C est dans cet esprit qu ont été créés, par des consortiums (ce qui donne un certain crédit normatif), d une part le codage Unicode et d autre part le modèle de fonte OpenType, tous deux abondamment décrits dans (Haralambous, 2004). Les fontes sont donc devenues des interfaces entre les caractères (information abstraite définie par la grammaire de chaque langue) et les glyphes (forme graphique). En ce faisant elles ont dévoilé l anglocentrisme de l informatique ; en effet, une grande partie de la complexité des fontes OpenType et des pilotes de composition tels que Uniscribe, Pango et ATSUI vient justement de l inadéquation entre le modèle de texte occidental (qui hérite de l imprimerie) et les mécanismes sous-jacents aux autres écritures, que l on commence juste à découvrir. Une fonte OpenType, par exemple, peut être définie comme suit. Fontes OpenType fonte = ensemble de tables table = table TrueType ou table OpenType table OpenType = ressource contenant des définitions de familles de glyphes (GDEF) des règles de transformation de glyphe (GSUB) des règles de positionnement de glyphe (GPOS) une signature numérique (DSIG) des règles de justification (JSTF Tous ces domaines sont toujours en évolution et il était temps de faire le point sur les recherches techniques liées aux «fontes». Tel est donc l objet de ce numéro spécial de la revue Document numérique. Selon la tradition, les articles ont été retenus parmi ceux soumis en réponse à un appel à communication et acceptés par un comité de lecture international (voir page 4 de ce numéro) et couvrent une bonne part des thèmes suggérés dans l appel. Jéréme Hornus fait une synthèse des techniques utilisées pour les trames non binaires (gammes de gris, sous-pixels comme pour les écrans à cristaux liquides) et compare ces diverses techniques et leurs influences sur l affichage des caractères en fonction de certains de leurs paramètres (graisse, oblicité, etc.). Tim Ahrens présente une nouvelle méthode de création de petites capitales ou assimilées (par exemple, obtenir des bas-de-casse cyrilliques à partir des capitales), ou de correction optique. Il explique les algorithmes et décrit leur implémentation Python dans le logiciel FontLab.

8 14 DN 9/2006. Fontes numériques Daniel Rodriguez Valero essaye de retrouver les degrés de liberté de la calligraphie avec le concept de fonte dynamique. Il propose et développe un outil de création de telles fontes dans l esprit de METAFONT. Vinod Kumar présente une solution de facilité pour le placement des signes diacritiques des écritures indiennes. Le standard OpenType préconise l utilisation d ancres, mais les logiciels usuels ne sont pas (encore) compatibles avec cette technique. La solution proposée est de convertir les tables de positionnement par ancre en des tables d insertion d espacements adaptés qui ont le même effet visuel. Suzuki Toshiya, Taiji Yamada, Masatake Yamato et Hideyuki Suzuki se penchent, dans leur premier article, sur le passage des fontes PostScript CID aux TrueType, dans le cadre de la composition japonaise. Leur article explique en détail la situation actuelle des technologies de fontes utilisées au Japon. le même Suzuki Toshiya, en collaboration avec Masatake Yamato et Yoshiki Mikami, constate, dans son deuxième article, qu il existe une multitude de documents en langue cambodgienne sur le Web, la plupart utilisant des codages de fontes ad hoc. Il propose une liste de tels codages et des algorithmes pour les identifier automatiquement, pour procéder ensuite en une conversion à Unicode. Gábor Bella et Yannis Haralambous proposent un formalisme pour décrire les modèles d aujourd hui en matière de fontes intelligentes (AAT, OpenType ou Graphite) et l utilisent pour comparer ces trois systèmes. Ils définissent alors les concepts de textème pour échapper à la dichotomie caractère/glyphe et de typographique dynamique pour résoudre le problème d écriture telle l arabe, qui demandent un choix de glyphes dépendant de la justification selon une stratégie élaborée. Thierry Gouttenègre, dans l article final, intervient en tant que dessinateur de caractères. Il montre que l on peut, en rendant les fontes plus dynamiques (c est-à-dire capables d interférer directement avec le moteur de rendu) et produire des animations dont il montre certaines. Il se pose cependant tout au long de cet article la question de l utilité et de l usage de tells fontes et de façon plus générale réfléchit au concept de création de fonte aujourd hui. Remerciements Les coordinateurs de ce numéro tiennent à remercier les membres du comité de programme et les auteurs pour leur collaboration effective. Ils tiennent aussi à remercier Patrick Andries qui s est proposé pour la traduction française de plusieurs articles de ce numéro pariant qu une revue francophone peut avoir une audience internationale.

9 Présentation 15 Bibliographie André J., Hudrisier H. (eds), Unicode, écriture du monde?, Hermès-Lavoisier, Paris, Numéro spécial de Document numérique, 6/3-4, 364 pages. Haralambous Y., Fontes et codages, O Reilly France, avril, pages. ISBN X, Hersch R. (ed.), Visual and Techincal Aspects of Types, Cambridge University Press, Knuth D., Tau Epsilon Chi, a system for technical text, Computer Science Report n STAN-CS , Standford University, Marshall A., Du plomb à la lumière La Lumitype-Photon et la naissance des industries graphiques modernes, Éditions de la Maison des sciences de l homme, Paris, ISBN , 430 pages. Perrousseaux Y., Histoire de l écriture typographique, tome l : de Gutenberg au XVIII e siècle, Atelier Perrousseaux, Préface de Paul-Marie Grinevald. Ruggle L., Letterform design Systems, Technical Report n STAN-CS , Standford University, Southall R., Printer s type in the twentieth century Manufacturing and design methods, The British Library & Oak Knoll Press, London & New Castle, ISBN , xvi+120 pages. Jacques ANDRÉ Yannis HARALAMBOUS

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