Fuentes Hershey: no chocolate, el origen de la inscripción vectorial
En los últimos años, he seguido encontrando algo llamado fuentes Hershey. Después de investigar, encontré un informe del gobierno de 1967 de un tipo llamado Dr. Allen Vincent Hershey. En la década de 1960, trabajó como físico para el Laboratorio de Armamento Naval en Dahlgren, Virginia, estudiando la interacción entre los cascos y el agua. Su investigación contó con la ayuda de la Calculadora de Investigación de Artillería Naval (NORC), construida por IBM y una de las computadoras más rápidas del mundo cuando se instaló por primera vez en 1954.
Las instalaciones de E / S de NORC, como tarjetas de truco, cinta magnética e impresoras de línea, eran típicas de la época. Pero la NORC también tenía una impresora óptica ultrarrápida. Este dispositivo fue desarrollado originalmente por la compañía de telecomunicaciones Stromberg-Carlson para la Administración del Seguro Social para imprimir rápidamente datos masivos directamente en microfilm.
IBM NORC en NWL Dahlgren
Diagrama de flujo del sistema de: SC4020 Computer Recorder Manual Stromberg-Carlson, agosto de 1964
¿Quizás ha escuchado historias de programadores que esperan con impaciencia las impresiones de los operadores de computadoras? Bueno, esperaría aún más por sus gráficos ópticos. Debido a que usaban película, requerían un procesamiento químico para convertirse en fotografías, diapositivas o microfilmes. Pero a pesar de este tiempo de espera, la velocidad de impresión era mucho más rápida que la de las impresoras de línea del día: 7000 líneas por minuto frente a 150. Si bien esta velocidad de impresión fue ciertamente impresionante, la capacidad de representar gráficas y figuras completas en solo fracciones de segundo duda bien apreciada por los científicos de Dahlgren.
Diagrama de tubo de Charactron (Patente de EE. UU. 2735956)
¿Qué aceleró este dispositivo? Fue el Charactron Tube que cubrimos en 2017. Este CRT especial tiene una pantalla interna de metal en la que está grabada una fuente. El haz de electrones proyecta una letra completa sobre la cara de fósforo del tubo con un "destello", que a su vez expone una película fotográfica. No hubo escaneo rasterizado ni dibujo vectorial, por lo que el proceso fue rápido. Pero pronto el sistema se utilizaría de formas que los diseñadores originales no imaginaban.
Inspiración
De vuelta en esos días, antes roff, LaTex y WYSIWYG, para preparar informes técnicos llenos de complicadas ecuaciones matemáticas y diagramas de datos muy consumidos. El texto en sí se prepararía con una máquina de escribir corriente. Pero se necesitaban máquinas de escribir especiales como la Varityper para componer ecuaciones matemáticas. Los gráficos y las figuras generalmente se dibujarán a mano o con un trazador de líneas. Hershey se dio cuenta de que la impresora óptica de NORC podría asumir un nuevo papel y utilizarse como compositor. El Dr. Hershey no solo vio esta posibilidad, sino que poseía un gran interés en la caligrafía y no se molestó en pasar sus tardes desarrollando esta nueva habilidad.
Varityper utilizado para la preparación de informes
La clave para lograr esto fue definir un nuevo modo de salida que fuera más allá de las fuentes de plantilla internas. Más bien, la película se expondría usando el patrón periódico (puntos) como un "punto" y moviendo el punto bajo el control del programa. Cuando se aplica al texto, esto es, por supuesto, más lento que usar la plantilla, pero permite una elección arbitraria de fuentes o repertorios como los llamó el Dr. Hershey. Además, abre la capacidad de graficar datos directamente en una película, sin pasar por el lápiz más lento y las técnicas de dibujo a mano aún más lentas del día.
El Dr. Hershey se enteró de que los ingenieros de Bell Laboratories en Murray Hill, Nueva Jersey, estaban desarrollando una fuente para su impresora óptica utilizando una técnica similar, accediendo a ella desde un punto de vista de rasterización. El Dr. Hershey señaló que puede expandir esto para abarcar ideogramas más exóticos y artísticos. Se centró en el uso de vectores para diseñar sus fuentes y comenzó el largo viaje de investigar y construir su colección de fuentes basadas en vectores.
Funciona para todos los idiomas (excepto Dragons in Motion)
En retrospectiva, no solo construyó un conjunto de herramientas para resolver las necesidades de la comunidad de Dahlgren, sino que llevó los límites del trazador óptico al extremo. En sus informes mostró fuentes no solo en inglés, sino en otros idiomas como griego, ruso y japonés. Además de los símbolos matemáticos, mostró cómo el trazador puede dibujar diagramas de circuitos electrónicos, mapas de estrellas de la galaxia, mapas en general, enlaces químicos, etc. Un ejemplo de su detalle se puede encontrar en su informe de 1967 "Caligrafía para computadoras". Aunque Hershey solo llevó a cabo un subconjunto de signos japoneses como prueba, buscó en más de 5000 ideogramas que pudieran exceder los límites de su método. Solo pudo encontrar uno de esos casos, que razonablemente decidió ignorar:
Con cierto abandono del detalle en espacios estrechos y algún excedente en casos complicados, este tamaño [a height of 21 raster units] probablemente adecuado para todos los caracteres del diccionario de Nelson, excepto el número 5444. En la medida en que este carácter representa dragones en movimiento, tiene una utilidad dudosa.
Compuesto por letras tipográficas creadas por Paul Bourke
En total, el Dr. Hershey generó alrededor de 1.400 ideogramas occidentales y 800 japoneses, todos dibujados a mano en papel milimétrico. Había cinco tamaños de fuente óptica diferentes y tres tipos de trazos diferentes, sin mencionar todo tipo de símbolos utilizados en mapas, ciencias, matemáticas, etc.
La importancia de la fuente Hershey en la actualidad
Hershey intentó generar fuentes agradables para informes impresos utilizando la tecnología principal del momento. Con mucho, la mayor cantidad de ideogramas eran complejos, es decir, se construían con múltiples líneas o trazos para dar un ancho de trazo mayor y variado. Estos trazos a menudo se representan hoy en día como líneas finas cuando busca sus fuentes en línea, pero cuando se diseñan correctamente, considerando el tamaño del haz SC4020, darán como resultado letras sólidas. Hoy en día tenemos muchas fuentes a nuestra disposición, entonces, ¿por qué todavía se usan las fuentes Hershey? Puede tener la tentación de decirlo, porque son de dominio público. Pero probablemente la razón más importante es la familia de fuentes de un día, que no obstante son bastante útiles en tantas aplicaciones diferentes. A continuación, se muestran algunos ejemplos con los que me he encontrado a lo largo de los años.
OpenSCAD (no se requiere desde 2015)
El estilo de escritura técnica del libro de texto de 1865
Hoy en día, si desea dibujar texto en OpenSCAD, hay soporte integrado. Pero cuando aprendí OpenSCAD por primera vez a principios de 2015, esto no estaba disponible. Un proyecto en el que estaba trabajando necesitaba un texto, así que decidí crear el mío. A medida que avanzaba por el agujero del conejo de la alfabetización simple que pude implementar utilizando las primitivas gráficas de OpenSCAD, descubrí que esta es una técnica con una larga historia.
Fue durante esta investigación que encontré por primera vez las fuentes Hershey. Desde entonces me enteré de que estas letras clásicas fueron una fuente de inspiración para el Dr. Hershey, incluidas las letras de Leroy utilizadas por los dibujantes y algunos escritores de cómics.
En ese momento, entregué fuentes Hershey porque solo usaban líneas, y parecía que las curvas reales se verían mejor. Creé mi propia fuente vectorial basada en estos estilos de inscripción de edición simples que usaban solo líneas y arcos circulares, cosas que sabía hacer con OpenSCAD. Mirando esto ahora, veo que el texto se integró en OpenSCAD en marzo de ese año. Si hubiera esperado solo tres meses, me habría ahorrado tiempo y molestias.
Conjunto de letras Leroy
Inscripción en el panel frontal
Ejemplo de inscripción de panel grabada
Como joven ingeniero, algunos proyectos de mi empresa requerían paneles frontales robustos. Los hicimos inscribiendo la inscripción y los símbolos en el panel usando una máquina CNC. Una forma bien probada fue grabar un panel y luego rellenar las grietas con pintura epoxi. Hoy en día, incluso podemos dejar de lado la molestia de grabar a máquina juntos. El grabado láser directo económico proporciona una técnica más limpia y, a menudo, más asequible. Ambos métodos funcionan moviendo el cabezal, una herramienta de esmerilado o un rayo láser, a lo largo de trayectorias definidas por pares XY. Esto se adapta perfectamente a las fuentes vectoriales. Pueden ser más atrevidos cambiando el diámetro de la herramienta de esmerilado o el tamaño del rayo láser, y se pueden escalar o rotar fácilmente según sea necesario mediante trigonometría básica. Intentar hacer esto con una fuente ligeramente mapeada sería, en el mejor de los casos, incómodo.
Inscripción de arte PCB
Todos pusimos texto en las capas de serigrafía y cobre de nuestra PCB, pero es posible que no nos detuviéramos a considerar los detalles. Cuando genera archivos para la fabricación, las trazas y propiedades de su placa, en sí mismos vectores de forma natural, se expresan en el conocido formato Gerber (RS-274X). Las letras se expresan de la misma manera.
Fotoplotter Gerber 6241 de principios de los 80
Las primeras fotocopiadoras utilizadas para hacer arte de películas de PCB fueron fabricadas por la empresa Gerber Scentific en la década de 1960. Este dispositivo ha surgido de una familia de grandes mesas XY controladas por computadora. Estos se utilizaron originalmente para tareas como cortar patrones de tela y producir lentes de anteojos recetados. El funcionamiento básico del fotoplotter Gerber no se parecía a un trazador de lápiz o una máquina de grabado CNC, excepto que un rayo de luz brillaba a través de una abertura opcional para exponer la película fotográfica. Una rueda que contiene diferentes tamaños de apertura le permite cambiar el ancho de línea y también se utiliza para "flashear" los pads. Era natural que se usaran comandos vectoriales para controlar la gráfica fotográfica. En lugar de reinventar la rueda, Gerber definió un subconjunto del estándar de interfaz digital RS-274D que existe desde la década de 1950. Con algunas adiciones y revisiones, este sigue siendo el formato que usamos hoy para entregar nuestro arte de PCB a la fabricación.
Como en muchos campos, la tecnología va en aumento. Las tiendas de fábricas de PCB ya no utilizan fotocopiadoras de estilo Gerber. Actualmente, el fabricante convertirá sus archivos Gerber para que la obra de arte se transfiera a una película con una impresora de tramado de alta resolución y alta velocidad. En algunos casos, la obra de arte se proyecta directamente en el PCB mismo, sin pasar por la película y el paso de transferencia media.
Dicho esto, no creo que jamás enviaremos equipos de PCB rasterizados a los fabricantes. Las características del PCB que enviamos al taller, trazos y pads son básicamente vectoriales. Y para obtener resultados adecuados, el fabricante debe identificar estas características para adaptarlas a su propio proceso de fabricación único. Este es el significado de notas de fabricación como "La línea, el pad y las dimensiones se definen como tamaño finito" y "Las trazas de impedancia controladas xxxx deben ser de 75 ohmios". Incluso es posible que sea necesario ajustar el ancho de las inscripciones de serigrafía según el proceso utilizado. Ajustar estos parámetros en una imagen basada en ráster, aunque no es imposible, sería mucho más complicado.
Herramientas CAD
Formato Hershey de la letra H
Necesitaba poner un poco de texto en coreano en un PCB para un cliente un poco atrás. Después de discutir esto en el foro de KiCad, aprendí que dentro de KiCad, la inscripción de PCB se almacena internamente como vectores, utilizando la fuente Hershey original. No entraré en detalles, pero el formato original de Hershey es particular, por decir lo menos. Hershey usó solo letras imprimibles, lo que hoy podríamos llamar ASCII imprimible, para describir las coordenadas en un estilo muy compacto. Hay un sistema de cuadrícula cartesiano basado en letras con la letra R como cero. La carta S es 1 P es -2, y así sucesivamente. La carta H aparecería como 508 9G]KFK[ RYFY[ RKPYP in this notation.
TTGO
TurtlePlotBot Draws Using Hershey Fonts
I was recently playing around with Micropython on the ESP32-based TTGO module, in order to experiment with text on the tiny TFT screen. I discovered that Hacakday.io user [Russ] usó fuentes Hershey en su Turtle Plot Bot. Esto me ha dado un gran paso adelante para algunos de mis experimentos y es un ejemplo más de cómo encontrar fuentes Hershey bajo el capó de proyectos modernos.
Máquinas de dibujo vectorial CRT
Reloj oscilográfico con fuentes Hershey
Los proyectos basados en CRT que utilizan gráficos vectoriales se han vuelto populares en los últimos años. Hay proyectos de reloj y pantallas vectoriales de propósito general. Esta es otra aplicación más en la que la descripción de fuentes con vectores coincide bien con la operación subyacente de la pantalla. Y no le sorprenderá saber que las fuentes Hershey se encuentran a menudo en estos proyectos. Por ejemplo, este tutorial de [Trammel Hudson] en una pantalla vectorial, los conceptos básicos muestran cómo dibujar letras de fuente Hershey en la pantalla.
El legado legado
¿Qué pensaría el Dr. Hershey de sus fuentes simplistas de un solo toque que todavía se usan más de 60 años después? Teniendo en cuenta todas las letras de múltiples golpes y los símbolos japoneses que había proyectado a mano con tanto cuidado, podría estar un poco sorprendido, si no decepcionado. Háganos saber si ha encontrado o utilizado fuentes Hershey en sus proyectos. Si desea obtener más información, aquí hay una interesante presentación de Frank Grießhammer sobre el propio Dr. Hershey y el desarrollo de sus fuentes.
nekoplanetd dice:
Como supongo que alguien tendrá la misma necesidad de saber quién es el kanji 5444 ...
Do 龘 (tau): dragones en movimiento
https://eo.wiktionary.org/wiki/%E9%BE%98
Jon dice:
En el pasado, escribí las coordenadas de varias fuentes de Hersey, incluido el inglés antiguo, de una fotocopia muy pobre del libro de Hersey obtenida de Government Press.
Antron Argaiv dice:
... como yo (en la universidad - 1973/4) por un proyecto que me evitaba. Pero recuerdo haber escrito una o dos de las fuentes Hershey.
JohnK dice:
Usé las fuentes Hershey en el Mavbot que usé para la clase de Robótica de la Escuela Secundaria Mead de la que fui mentor. Podría dibujar en papel en el suelo.
https://johnkabat.wordpress.com/2016/03/25/i-am-back/Medder dice:
Hice inscripciones grabadas en paneles en una clase de taller unos seis años después de crear vectores en Logo en Apple II. The Print Shop (software) puede haber tenido o no fuentes Hershey; Sin embargo, mis pancartas de matriz de puntos eran poderosas.
