Matplotlib 中的字体

Matplotlib 需要字体才能与它的文本引擎一起工作，其中一些是随安装一起提供的。默认字体是DejaVu Sans，它涵盖了大多数欧洲书写系统。但是，用户可以配置默认字体，并提供自己的自定义字体。有关详细信息，请参阅自定义文本属性和带有非拉丁字形的文本，特别是对于 DejaVu Sans 不支持的字形。

Matplotlib 还提供了将文本渲染卸载到 TeX 引擎的选项 ( usetex=True)，请参阅Text rendering with LaTeX。

PDF 和 PostScript 中的字体

字体在计算中有着悠久的（有时是不兼容的）历史，导致不同的平台支持不同类型的字体。在实践中，Matplotlib 支持 3 种类型的字体规范（除了 pdf 中的“核心字体”，本指南稍后会解释）：

字体类型

类型 1 (PDF)	类型 3 (PDF/PS)	TrueType (PDF)
Adobe 推出的最古老的类型之一	在介绍方面与Type 1相似	比以前的类型更新，今天普遍使用，由 Apple 推出
PostScript 的受限子集，字符字符串在字节码中	完整的 PostScript 语言，允许嵌入任意代码（理论上，光栅化时甚至可以渲染分形！）	包括一个可以执行代码的虚拟机！
这些字体支持字体提示	不支持字体提示	支持提示（虚拟机处理“提示”）
通过 Matplotlib 进行非子集化	通过外部模块ttconv 子集	通过外部模块fonttools 子集

注意：Adobe 将在 2023 年 1 月禁用对使用 Type 1 字体进行创作的支持。在此处阅读更多信息。

Matplotlib 支持的其他字体规范：

• 键入 42 种字体 (PS)：

  • 围绕 TrueType 字体的 PostScript 包装器

  • 42 是生命、宇宙和一切的答案！

  • Matplotlib 使用一个名为fonttools的外部库 来子集这些类型的字体

• OpenType 字体：

  • OpenType 是 Adob​​e 和 Microsoft 联合开发的数字类型字体新标准

  • 通常包含更大的字符集！

  • 对 Matplotlib 的有限支持

字体子集

PDF 和 PostScript 格式支持在文件中嵌入字体，从而使显示程序能够正确呈现文本，而与查看者计算机上安装的字体无关，并且无需对文本进行预光栅化。这确保了如果输出被缩放或调整大小，文本不会变得像素化。但是，在文件中嵌入完整字体会导致输出文件过大，尤其是具有许多字形的字体，例如支持 CJK（中文/日文/韩文）的字体。

这个问题的解决方案是对文档中使用的字体进行子集化，并且只嵌入实际使用的字形。这将获得矢量文本和小文件大小。计算所需字体的子集和编写新的（简化的）字体都是复杂的问题，因此 Matplotlib 依赖于 fontTools和ttconv的一个vendored fork 。

目前 Type 3、Type 42 和 TrueType 字体是子集。Type 1 字体不是。

核心字体

除了嵌入字体的能力之外，作为PostScript和PDF 规范的一部分 ，兼容的查看器必须确保有 14 种核心字体可用。如果您将文档限制为仅使用这些字体，则不必在文档中嵌入任何字体信息，但仍可以获得矢量文本。

这对于生成真正轻量级的文档特别有帮助。：

# trigger core fonts for PDF backend
plt.rcParams["pdf.use14corefonts"] = True
# trigger core fonts for PS backend
plt.rcParams["ps.useafm"] = True

chars = "AFM ftw!"
fig, ax = plt.subplots()
ax.text(0.5, 0.5, chars)

fig.savefig("AFM_PDF.pdf", format="pdf")
fig.savefig("AFM_PS.ps", format="ps)

SVG 中的字体

文本可以通过两种方式输出到 SVG，由rcParams["svg.fonttype"]（默认：）控制'path'：

• 作为'path'SVG 中的路径 ( )

• 作为 SVG 中的字符串，元素 ( 'none')上有字体样式

当通过'path'Matplotlib 保存时，将计算用作矢量路径的字形路径并将其写入输出。这样做的好处是 SVG 在所有计算机上看起来都是一样的，而与安装的字体无关。但是，事后文本将不可编辑。相比之下，保存'none'将导致文件更小，并且文本将直接出现在标记中。但是，外观可能因 SVG 查看器和可用字体而异。

Agg 中的字体

为了通过 Agg 将文本输出为光栅格式，Matplotlib 依赖于FreeType。因为字形的准确呈现在 FreeType 版本之间会发生变化，所以我们将其固定到特定版本以进行图像比较测试。

Matplotlib 如何选择字体

在 Matplotlib 内部使用字体是一个三步过程：

1. 创建一个FontProperties对象（显式或隐式）

2. 基于FontProperties对象，方法FontManager用于选择 Matplotlib 知道的最接近的“最佳”字体（SVG 模式除外 'none'）。

3. 后端代码使用字体对象的 Python 代理来呈现文本——确切的细节取决于后端通过font_manager.get_font.

选择“最佳”字体的算法是 Web 浏览器使用的CSS1 规范指定的算法的修改版本。该算法考虑了字体系列名称（例如“Arial”、“Noto Sans CJK”、“Hack”……）、大小、样式和重量。除了直接映射到字体的系列名称之外，还有五个“通用字体系列名称”（serif、monospace、fantasy、cursive 和 sans-serif）将在内部映射到一组字体中的任何一个。

目前，执行第 2 步的公共 API 是FontManager.findfont（并且全局FontManager实例上的该方法在模块级别别名为 font_manager.findfont），它只会找到单个字体并返回文件系统上字体的绝对路径。

字体回退

没有一种字体可以覆盖整个 Unicode 空间，因此用户可能需要混合使用单一字体无法满足的字形。虽然可以在一个图形中使用多种字体，但在不同的 Text实例上，以前不可能在同一个Text实例中使用多种字体（就像 Web 浏览器那样）。从 Matplotlib 3.6 开始，Agg、SVG、PDF 和 PS 后端将在单个 Text实例中通过多种字体“回退”：

fig, ax = plt.subplots()
ax.text(
    .5, .5, "There are 几个汉字 in between!",
    family=['DejaVu Sans', 'WenQuanYi Zen Hei'],
    ha='center'
)

（源代码，png）

字符串“中间有几个汉字！” 用 2 种字体渲染。

在内部，这是通过将 FontProperties对象上的“字体系列”设置为字体系列列表来实现的。一个（当前）私有 API 提取找到的所有字体的路径列表，然后构造一个ft2font.FT2Font知道所有字体的单个对象。字符串的每个字形都使用列表中包含该字形的第一个字体呈现。

这项工作的大部分由 Google Summer of Code 2021 支持的 Aitik Gupta 完成。