2500余件中國IT技術(shù)收藏品“驚現(xiàn)”斯坦福大學(xué)，獨家解密中文電腦字體研發(fā)全過程

“把它們送回自己的祖國！”

近日，斯坦福大學(xué)的中國歷史教授托馬斯·穆拉尼（Thomas Mullaney）在 Tik Tok 上收到這樣一則信息。

前不久，他在 Tik Tok 上發(fā)視頻表示，斯坦福大學(xué)獲得了全球史上最大的現(xiàn)代中國信息技術(shù)收藏品，這些檔案收藏在斯坦福大學(xué)圖書館中，館藏檔案 2500 余件。

當?shù)貢r間 6 月 6 日，托馬斯·穆拉尼在《南華早報》英文版，發(fā)表了題為“Why is the world’s largest collection on China’s modern IT history in the US?”《為什么世界上最大的中國現(xiàn)代 IT 歷史合集在美國》的文章，并成為該網(wǎng)站當天的頭版頭條。

他表示，斯坦福大學(xué)圖書館館藏藏品中，包括幾十臺珍稀的中文打字機、文字處理器和電腦，以及中文電報、打字機、油印、圖書制作、大型機、編碼系統(tǒng)、軟件、操作系統(tǒng)、打印機、顯示器、字體、照排、輸入系統(tǒng)、文字處理器、個人電腦等

托馬斯·穆拉尼的個人首頁顯示，他從 20 世紀 90 年代開始研究東亞文化，并出版過多本和中國漢字發(fā)展相關(guān)的書籍

當?shù)貢r間 5 月 31 日，《麻省理工科技評論》英文版獨家發(fā)表了托馬斯·穆拉尼撰寫的文章“Behind the painstaking process of creating Chinese computer fonts”《制作中文電腦字體的艱辛背后過程》。

這篇文章并未體現(xiàn)他的全部研究領(lǐng)域，但卻最具有科技特征?？梢哉f，目前你正在閱讀的這篇文章，離不來幾十年前中文電腦字體設(shè)計師們的辛勤付出。以下為該文章的譯文，個別地方有改動：

幾十年前，畢業(yè)于麻省理工學(xué)院的 Photography Systems 公司創(chuàng)始人路易斯?羅斯布魯姆（Louis Rosenblum），接到了位于馬薩諸塞州劍橋市的圖形藝術(shù)研究基金會（GARF）的一個訂單。

在該項目中，設(shè)計師們通過手工畫圖和編輯了數(shù)以千計的字符，使得中文的打字和印刷成為可能。

回憶最初他曾表示，其兒子布魯斯·羅森布魯姆（Bruce Rosenblum）打開了他的蘋果二代，此時電腦先是發(fā)出了一個高音的 F 音，然后是軟驅(qū)又發(fā)出了咔噠聲。

在一連串 “砰砰” 的按鍵聲后，12 英寸的三洋顯示器終于開始反應(yīng)：在最開始的開機畫面上，顯示屏上出現(xiàn)了一個綠色的網(wǎng)格，寬 16 個單位，高 16 個單位。

而這個綠色的網(wǎng)格，就是 “Gridmaster”，這是羅森布魯姆建立的全球首批中文數(shù)字字體之一，也是用 BASIC 編程語言編寫的一個程序。

當時，他的任務(wù)是為一臺名為 Sinotype III 的實驗性機器開發(fā)字體，Sinotype III 機器也是史上首批能處理中文輸入和中文輸出的個人電腦之一。

在 20 世紀 70 年代末和 80 年代初，中國還沒有個人電腦。因此，為了制造一臺能處理 “中文” 的個人電腦，羅森布魯姆團隊需要對蘋果二代電腦進行重新編程，以便用中文操作。

這項任務(wù)十分艱巨，他必須從頭開始對一個操作系統(tǒng)進行編譯，因為蘋果 II 的 DOS 3.3 根本無法操作中文。同時，他還必須對中文文字處理器本身進行編程。就這樣，羅森布魯姆不知疲倦地工作了幾個月。

盡管在今天看來，Gridmaster 是一個簡單的程序，但它當時要處理的任務(wù)是創(chuàng)建成千上萬個漢字的數(shù)字位圖，在那時面臨的設(shè)計挑戰(zhàn)極大。

Sinotype III 機器是由圖形藝術(shù)研究基金會開發(fā)的機器。在 Sinotype III 身上，創(chuàng)建字體所用的時間遠超計算機編程的時間，因為沒有字體，就沒有辦法在屏幕上顯示漢字，也沒有辦法在機器的點陣打印機上輸出漢字。

對于每個漢字的設(shè)計，設(shè)計師都必須親自決定如何將漢字安排在由 256 個像素組成的位圖中。也就是說，對于每個漢字都需要做出 256 個決定。

位圖是一種數(shù)字存儲圖像的方式，每一個符號和圖像都是由許多像素填充的網(wǎng)格所組成的，目前常見的圖片存儲格式如 JPEG、GIF、BMP 等都屬于位圖存儲方式。因此，如果每個漢字需要 256 個決定，就要設(shè)計數(shù)以千計的漢字，相當于設(shè)計師需要在在兩年多的開發(fā)過程中作出數(shù)十萬個決定。

不過，事后羅森布魯姆回想到 Gridmaster 編程程序時，他卻將其描述為 "頂多是個笨拙的能用的程序"，但就是靠著這個笨拙的程序，他的父親路易斯·羅森布魯姆（Louis Rosenblum）和圖形藝術(shù)研究基金會，得以讓數(shù)據(jù)輸入臨時人員遠程創(chuàng)建并保存新的漢字位圖。

對設(shè)計人員來說，只需擁有一臺 Apple II 電腦，通過在軟盤上運行 Gridmaster 程序，數(shù)據(jù)錄入員就能遠程創(chuàng)建和保存新的漢字位圖。一旦這些漢字的位圖被創(chuàng)建和存儲好，羅森布魯姆就能通過他設(shè)計的另一個程序，將設(shè)計好的漢字和它們相應(yīng)的輸入代碼植入系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫，這樣就能把新設(shè)計好的漢字的數(shù)字位圖安裝到 Sinotype III 機器上。

盡管 Sinotype III 機器從未作為商業(yè)產(chǎn)品發(fā)布過。但是，為開發(fā)該系統(tǒng)所進行的艱苦工作內(nèi)容比如開發(fā)位圖中文字體，卻正是一個需要全球共同努力才能解決的問題，而這一問題就是：如何使計算機能夠處理地球上使用最廣泛的語言之一 —— 中文。

當給西方字體做計算機和文字處理設(shè)計時，工程師和設(shè)計師們約定，在一個 5 乘 7 的位圖網(wǎng)格上，來創(chuàng)建一種低分辨率的數(shù)字英語字體。這樣，每個符號只需要五個字節(jié)的內(nèi)存。

在美國信息交換標準代碼（ASCII）中存儲所有 128 個低分辨率字符，只需要640 字節(jié)的內(nèi)存，而且這 128 個字符已包括所有英語字母、數(shù)字 0 到 9 以及常見的標點符號。640 字節(jié)即使對于當時的蘋果 II 來說，也只是其 64 千字節(jié)板載內(nèi)存的很小的部分。

與英文不同的是，漢字不僅在數(shù)目上以萬計，而且對于結(jié)構(gòu)復(fù)雜的漢字來說，5 乘 7 的網(wǎng)格太小，很難讓這些漢字清晰可辨。設(shè)計人員發(fā)現(xiàn)，每個漢字需要 16 乘 16 或者更大的網(wǎng)格，這就要求每個字符至少有 32 字節(jié)的內(nèi)存（256 比特）。

這種情況下，要想研發(fā)一個擁有 70000 個低分辨率漢字的字體庫，需要超過兩兆字節(jié)的內(nèi)存量。即使對一個只包含 8000 個最常見的漢字的字體庫，僅存儲位圖就需大約 256 千字節(jié)的內(nèi)存。對于 20 世紀 80 年代初大多數(shù)個人電腦來說， 這已是電腦總內(nèi)存容量的四倍。

盡管漢字字體庫給電腦內(nèi)存帶來了巨大挑戰(zhàn)，但在當時更難的是如何把低分辨率的中文字體制作得美觀又好認。在 Gridmaster 這樣的程序被發(fā)明之前，大部分的設(shè)計工作都用筆、紙和修正液完成的。

為此，設(shè)計師們花了數(shù)年時間，以期設(shè)計出既能滿足低內(nèi)存、又能保持一定書法美感的字體位圖。凌煥銘（Lily Huan-Ming Ling）和艾倫·迪·喬瓦尼（Ellen Di Giovanni）是創(chuàng)建這套字符集的人，他們通過手繪特定漢字的位圖草稿，并使用 Gridmaster 將其數(shù)字化。

對設(shè)計師們來說，最核心的問題是如何在兩種完全不同的中文書寫方式之間切換：一種是用鋼筆或毛筆書寫的手繪字，另一種是用排列在網(wǎng)格中的、由像素陣列書寫的位圖字。設(shè)計師們必須決定如何創(chuàng)造手寫中文的某些特征，比如入口筆畫、筆畫漸變和出口筆畫。

慶幸的是，把 Sinotype III 字體設(shè)計成低分辨率中文位圖的全過程得以記錄下來。其中最吸引人的檔案資料之一，是一個裝滿格子圖的冊子，這些手繪的散點符號就是漢字位圖的草稿圖。

每一個漢字都經(jīng)過了精心設(shè)計，從手繪中也可看到，大多數(shù)情況下設(shè)計師都對圖形做了多次修改，路易斯·羅森布魯姆和圖形藝術(shù)研究基金會的設(shè)計師們，還會用修正液擦掉專業(yè)漢字編輯不同意的那些 "位"。

如下圖，最初的標記是綠色的，紅色標記的才算是 "最終" 草案。只有經(jīng)過最終確認，才能開始數(shù)據(jù)輸入工作。

考慮到團隊需要設(shè)計的字體的字數(shù)龐大，至少需要設(shè)計 3000 個以上的基本漢字。人們可能會猜測，設(shè)計師們會不會使用一些可以簡化設(shè)計工作的方法。

比如，通過復(fù)制中文偏旁部首來簡化設(shè)計，這樣當不同的字有同樣的偏旁時比如 “女” 字旁，就無需再次設(shè)計 “女” 字旁，而是直接復(fù)制之前設(shè)計好的 “女” 字旁。 

但是，筆者從當時設(shè)計的檔案資料中，并未發(fā)現(xiàn)設(shè)計師們使用了任何類似上面所說的工作機制。與此相反，路易斯·羅森布魯姆堅持讓設(shè)計師親自對漢字的每一個細節(jié)進行設(shè)計和調(diào)整，為的是保證每個漢字的筆畫部首在整個漢字中的協(xié)調(diào)，盡管這種協(xié)調(diào)通常以十分細微、甚至難以察覺的調(diào)整來實現(xiàn)。

例如，在同樣包含了 “女” 字旁的 “娟” 字和 “娩” 字的字體位圖中，這兩個字的 “女” 字旁部首并不完全一樣。在 “娟” 字中，“女” 字旁的寬度為 6 個像素，而在 “綿” 字中，“女” 字旁的寬度僅為 5 個像素。此外，在 “娩” 字中，“女” 字旁的右下角的筆畫向外延伸了一個像素，而在 “娟” 字中，該筆畫并沒有延伸。

在整個字體庫中，這種程度的精確度的要求十分常見，并非特例。當我們把位圖草稿和它們的最終形式放在一起對比時，就會發(fā)現(xiàn)更多有趣的變化。

比如，在 “羅” 字的草稿中，左下角的最后一撇是以一個 45° 角向下延伸的。但在最終版本中，這一撇被 "拉平" 了一些，先以 45° 開始向下，但之后這一撇的傾斜角度變小了一些，并且變得更平了。

盡管設(shè)計師的設(shè)計空間似乎很小，僅僅是 16 乘 16 的網(wǎng)格，但他們必須在小小的網(wǎng)格中做出數(shù)量驚人的決定。而這些決定中的每一個，都會影響到他們?yōu)樘囟h字所做的其他決定，因為即使增加一個像素，也會改變整個漢字的水平和垂直平衡。

網(wǎng)格尺寸的無情限制，以其意想不到的方式影響了設(shè)計師的工作。這一點在為了實現(xiàn)對稱性這一“魔鬼”問題時表現(xiàn)最為明顯。

比如，在漢字中經(jīng)常見到的對稱布局，在低分辨率的框架中卻尤其難以表現(xiàn)，因為根據(jù)數(shù)學(xué)規(guī)則，創(chuàng)造對稱性需要奇數(shù)的空間區(qū)域。

但偶數(shù)尺寸的位圖網(wǎng)格的局限（如 16 乘 16 的網(wǎng)格）讓對稱性變得不可能。在許多情況下，圖形藝術(shù)研究基金會通過只使用整個網(wǎng)格的一部分來實現(xiàn)對稱性：比如說在 16 乘 16 的網(wǎng)格中只使用 15 乘 15 的區(qū)域來設(shè)計，但這也進一步減少了可用空間的數(shù)量。

而當我們對比不同公司或不同創(chuàng)作者為不同項目創(chuàng)造的位圖字體時，情況變得更加復(fù)雜，差異也更多。

比如說下圖中出現(xiàn)在 Sinotype III 字體中的三點水偏旁：“氵”（下圖中的右圖），與另一種由 H.C. Tien（左圖）創(chuàng)造的早期中文字體中的三點水偏旁的對比。H.C. Tien 是一位華裔美國心理治療師和企業(yè)家，他曾在在 20 世紀 70 年代和 80 年代嘗試過漢字的計算機字體設(shè)計。

盡管上述例子看起來與本文的關(guān)系看上去不大，但從以上所說的每一個例子，我們能看出無論是在起草階段還是在數(shù)字化階段，圖形藝術(shù)研究基金會的設(shè)計團隊必須做出的一個又一個決定。

當然，漢字字體的分辨率并沒有長期保持在 "低" 的水平。計算技術(shù)的進步使得漢字的字體設(shè)計能使用越來越密集的位圖、越來越快的處理速度、以及越來越低的內(nèi)存成本。

而在如今這個 4K 分辨率、視網(wǎng)膜顯示器等的時代，可能很難體會到早期中國位圖字體創(chuàng)作中的藝術(shù)性 —— 包括美學(xué)和技術(shù)上的。但是，正是通過這些人的艱苦工作和不含糊的解決問題的方式，使得全球六分之一的人口現(xiàn)今能夠使用計算機、新媒體和互聯(lián)網(wǎng)，而且非?；钴S。

-End-

翻譯：vantee

原文：

https://www.technologyreview.com/2021/05/31/1025599/history-first-chinese-digital-computer-fonts/