用python做一些有趣的事（二）——根据汉字生成点阵

上一篇，写了通过照片生成版画。有评论说，可以用汉字试一下。所以研究了一下汉字的点阵。

点阵字体是把每一个字符都分成16×16，然后用每个点的虚实来表示字符的轮廓。点阵字体中，汉字是有16*16的0,1点阵构成，比如“啊”字，他的点阵如下：

有点看不太清，我用“■”代替1，“○”代替0：

这里我们用到了点阵字库，这是一个标准通用字库，如果需要，可以留言找我。

同时，还要了解GB2312的编码，关于编码的介绍，请看http://www.qqxiuzi.cn/zh/hanzi-gb2312-bianma.php

简单来说，GB2312编码是第一个汉字编码国家标准，由中国国家标准总局1980年发布，1981年5月1日开始使用。GB2312编码共收录汉字6763个，其中一级汉字3755个，二级汉字3008个。同时，GB2312编码收录了包括拉丁字母、希腊字母、日文平假名及片假名字母、俄语西里尔字母在内的682个全角字符。

我们还需要利用binascii来实现16进制转换，他有两个方法，b2a_hex：二进制数据的十六进制；a2b_hex:b2a_hex的逆向函数。

准备工作完毕，开始上代码：

rect_list = [] * 16

for i in range(16):

rect_list.append([] * 16)

text = '啊'

gb2312 = text.encode('gb2312')

hex_str = binascii.b2a_hex(gb2312)

result = str(hex_str, encoding='utf-8')

area = eval('0x' + result[:2]) - 0xA0

index = eval('0x' + result[2:]) - 0xA0

offset = (94 * (area-1) + (index-1)) * 32

font_rect = None

with open("./font/hzk1216/HZK16", "rb") as f:

f.seek(offset)

font_rect = f.read(32)

for k in range(len(font_rect) // 2):

row_list = rect_list[k]

for j in range(2):

for i in range(8):

asc = font_rect[k * 2 + j]

flag = asc & KEYS[i]

row_list.append(flag)

for row in rect_list:

for i in row:

if i:

print('■',end=' ')

else:

print('○',end=' ')

print()

print()

这样就可以输出一个点阵的汉字“啊”了。

ESP32点阵字体及NET字体制作工具

前面我们已经学会了如何驱动OLED显示屏，以及如何使用.NET nanoFramework来控制ESP32。在这篇文章中，我们将学习如何使用 IotByteFont 工具制作点阵字体，以及如何在ESP32中使用这些字体。工具开源地址：https://github.com/sangyuxiaowu/IotByteFont?wt.mc_id=DT-MVP-5005195

1. 引言

在物联网项目中，特别是使用 ESP32 这样的微控制器的项目中，点阵字体的使用非常普遍。这与我们最先的在 Jetson 设备中的示例不同，因为资源有限，我们不可能将整个字体文件放进去。针对大多数的项目，我们使用的特殊字符一般也没有那么多。

在 .NET nanoFramework 的项目中，也是使用的点阵字体，官方也提供了一些预置字库和图片转点阵的方法，但是没有直接使用自定义字体库的工具。为了解决这些问题，我创建了一个名为 IotByteFont 的 .NET 点阵字体制作工具。本文将详细介绍这个工具的功能和使用方法。

2. 点阵字体和 IFont 的限制

点阵字体是由像素点组成的字体，它们通常用于计算机屏幕或其他电子设备。每个字符都由一组点阵组成，这些点阵可以被编码成代码文件，然后由设备读取并显示。在 ESP32 中，我们通常使用 C 语言来编写这些代码文件，这些文件包含了定义每个字符点阵的数据。我们使用的 .NET nanoFramework 开发环境使用的是 C# 语言，这些点阵数据也是被编码为了 C# 代码文件。

点阵数据来源非常简单，我们只需要生成一个黑底白字的位图，然后将位图转换为点阵数据即可。中间经过的转换也非常简单，只需要先将位图进行二值化，然后将每个像素点转换为一个二进制位即可。然后，我们将这些二进制位组合成字节，最后将字节转换为十六进制编码即可。这样，我们就可以将字体数据编码为 C# 代码文件，然后在 .NET nanoFramework 项目中使用这些字体数据。如下图所示即是一个8x8的点阵字体的转换过程：

然而，使用 IFont 这样的字库时，我们常常会遇到一些限制。例如，IFont 只能处理 8x8 或 16x16 的点阵字体。这意味着，如果你需要使用其他尺寸的字体，你就需要找到其他的解决方案。

3. IotByteFont 字体生成工具

IotByteFont 这个字体生成工具使用 .NET 平台，可以加载用户喜欢的字体文件，并生成自定义的点阵字体代码。对于需要自定义字体渲染的 IoT 项目，这个工具特别有用，适用于 .NET nanoFramework。

要安装 IotByteFont 工具，你可以通过以下命令：

dotnet tool install -g IotByteFont

4. 使用 IotByteFont 字体生成工具

使用 IotByteFont 字体生成工具非常简单。首先，你需要安装 .NET 平台。然后，你可以通过命令行来运行 IotByteFont，并提供必要的参数。例如，以下是一个基本的命令行示例：

IotByteFont --char "abcde"IotByteFont --char "chars.txt" --size 8IotByteFont --font ms.ttf --char chars.txt --yoffset 0.6 --name MyFont --debug

字体大小是默认的 16，你也可以指定为 8 ，这些都是兼容 IFont 的，可以直接在项目中使用。在这个示例中，--char 参数是字符文件的路径或字符字符串，--size 参数是字体大小，--font 参数是字体文件的路径或名称，--yoffset 参数是字体的 y 偏移，--name 参数是输出类的名称。打开调试模式可以打印调试信息和最终字体的位图。

这里也有一些开源字体的推荐，比如点阵字体 unifont 和阿里巴巴普惠体等一系列优秀的字体。

5.特殊使用

由于目前 nanoFramework.Iot.Device.Ssd13xx 的限制，字体大小宽度必须是 8 或者 16，所以如果你需要使用其他大小的字体，你可以使用特殊的方法来显示。这个方法允许你显示字体宽*高度为8的倍数的任何大小字体。

public static void DarwString(Ssd13xx device, int x, int y, string str, byte size = 1){ int inx = 0; int fontWidth = device.Font.Width; int fontHeight = device.Font.Height; int fontWidthTimesSize = fontWidth * size; int fontArea = fontWidth * fontHeight; byte[] bitMap = new byte[fontArea]; foreach (char c in str) { // 字体数据 device.Font.Width * device.Font.Height 的 16 进制数据 byte[] charBytes = device.Font[c]; for (int i = 0; i < charBytes.Length; i++) { byte b = charBytes[i]; int baseIndex = i * 8; for (int j = 0; j < 8; j++) { // 获取二进制位 int bit = (b >> j) & 1; // 存储二进制位到位图数组 bitMap[baseIndex + j] = (byte)bit; } } // 按照字体大小从左到右，从上到下绘制位图 int baseX = x + fontWidthTimesSize * inx; for (int i = 0; i < fontHeight; i++) { int baseY = y + i * size; for (int j = 0; j < fontWidth; j++) { // 获取二进制位 int bit = bitMap[i * fontWidth + j]; // 根据size绘制像素或填充矩形 if (size == 1) { device.DrawPixel(baseX + j * size, baseY, bit == 1); } else { device.DrawFilledRectangle((baseX + j * size), baseY, size, size, bit == 1); } } } inx++; }}

以下是一个调用方式示例：

using Ssd1306 device = new Ssd1306(I2cDevice.Create(new I2cConnectionSettings(1, Ssd1306.DefaultI2cAddress)), Ssd13xx.DisplayResolution.OLED128x64);device.ClearScreen();device.Font = new IotByteFont();DarwString(device, 2, 32, "桑榆肖物", 2);DarwString(device, 0, 0, "IotByteFont", 1);device.Display();

6. 最后

点阵字体在 ESP32 等设备中起着重要的作用，然而，生成这些字体并不总是那么简单。幸运的是，有了像 IotByteFont 这样的工具，我们可以更容易地生成我们需要的点阵字体。通过理解点阵字体的原理，以及如何使用 IotByteFont，我希望你现在可以更好地处理你的 ESP32 项目中的字体问题。

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