PDF rendering

PDFレンダリングとは、PDFファイルに格納されたページ記述を、画面に表示したり紙に印刷したりできる視覚的な出力に変換するプロセスです。 ( Citation: N.A., 2020 (N.A.). (2020). Document management — Portable document format — Part 2: PDF 2.0 .  International Organization for Standardization Retrieved from https://www.iso.org/standard/75839.html ) で定義されているPDF形式は、デバイスに依存しないページ記述言語を使用しており、可視コンテンツを生成するためには解釈とレンダリングが必要です。このプロセスには、PDF構造の解析、グラフィックス演算子の処理、適切なフォントを使用したテキストのレンダリング、および画像の表示が含まれ、各ページの最終的な視覚的表現を作成します。

PDFレンダリングとは、抽象的なPDFコンテンツストリームを具体的な視覚的出力に変換することです。PDFファイルには、描画コマンド、テキスト配置演算子、およびリソース参照を使用して各ページの外観を記述する、特殊なページ記述言語で書かれた命令が含まれています。レンダリングエンジンは、これらの命令を順次解釈して、コンピュータ画面、モバイルデバイスのディスプレイ、または印刷ページなど、キャンバスにコンテンツを描画します。

PDFレンダリングは、単なる画像表示とは異なります。あらかじめラスタライズされた画像を単にデコードするのではなく、ベクターグラフィックス、テキストレイアウト、および複雑な描画操作をリアルタイムで解釈するためです。また、HTMLレンダリングとも異なります。PDFはすべての要素が正確な座標を持つ固定レイアウトモデルを使用するのに対し、HTMLはビューポートサイズに適応するフローベースのレイアウトモデルを使用します。

レンダリングプロセスは、複数のカラースペース、透明度ブレンディング、クリッピングパス、パターン塗りつぶし、埋め込みフォント、form XObjectsなど、さまざまなPDF機能を処理する必要があります。 ( Citation: N.A., 2014 (N.A.). (2014). Document management applications — Electronic document file format enhancement for accessibility — Part 1: Use of ISO 32000-1 (PDF/UA-1) .  International Organization for Standardization Retrieved from https://www.iso.org/standard/64599.html ) 標準に従って作成されたアクセシブルなドキュメントの場合、レンダリングエンジンは構造化コンテンツを抽出して支援技術に提供する必要がある場合もありますが、これは視覚的レンダリングプロセスとは別のものです。

PDF文書を扱う開発者にとって、レンダリングを理解することは、いくつかの実用的な理由から非常に重要です。

パフォーマンスの最適化: レンダリングは、PDFを扱う際に最も計算集約的な操作であることが多いです。開発者は、ドキュメント表示体験を最適化し、効率的なキャッシング戦略を実装し、コンテンツを事前レンダリングするかオンデマンドでレンダリングするかを決定するために、レンダリングコストを理解する必要があります。

品質管理: フォント置換、カラー管理、アンチエイリアシングアルゴリズムの違いにより、異なるレンダリングエンジンは若干異なる視覚的出力を生成する場合があります。開発者は、特に出版、法的文書、デザインの校正など、視覚的な忠実度が重要なアプリケーションでは、プラットフォームやデバイス間で一貫したレンダリングを保証する必要があります。

統合要件: 多くのアプリケーションでは、Webアプリケーションにビューアを埋め込む、サムネイルプレビューを生成する、ページ画像を抽出する、またはプログラムでドキュメントを印刷するなど、カスタムPDFレンダリング実装が必要です。レンダリングパイプラインを理解することで、開発者は適切なライブラリを選択し、レンダリングパラメータを設定し、視覚的な問題をトラブルシューティングできるようになります。

PDFレンダリングは、PDFデータ構造をピクセルに変換する複数段階のパイプラインに従います。

解析とページ準備: レンダリングエンジンは、まずPDFファイル構造を解析して、レンダリングする特定のページを見つけます。描画命令を含むコンテンツストリームと、フォント、画像、その他の再利用可能なオブジェクトを定義するリソースディクショナリを参照するページディクショナリを読み取ります。

グラフィックス状態管理: レンダラーがコンテンツストリームを処理する際、変換行列（位置、スケール、回転）、カラースペース、線幅、クリッピング領域、テキスト状態などの現在のパラメータを追跡するグラフィックス状態スタックを維持します。コンテンツストリーム内の演算子は、この状態を変更するか、現在の状態を使用して描画します。

コンテンツストリームの解釈: レンダラーは、コンテンツストリームから演算子を順次読み取ります。パス構築演算子は、線と曲線を使用して図形を定義します。パス描画演算子は、これらの図形をストロークまたは塗りつぶします。テキスト演算子は、フォントメトリクスと文字エンコーディングを使用してグリフを配置します。画像演算子は、指定された座標にラスター画像を配置します。

リソース解決: コンテンツストリームが名前付きリソース（フォント、画像、パターンなど）を参照する場合、レンダラーはリソースディクショナリからそれらを取得します。埋め込みフォントの場合、これにはフォントプログラムのロードとグリフアウトラインの生成が含まれます。画像の場合は、画像データの解凍と必要なカラースペース変換の適用が含まれます。

座標変換: PDFは、原点が通常ページの左下にある座標系を使用します。レンダラーは、変換行列を適用して、PDF座標からデバイス座標に変換し、回転、スケーリング、平行移動を処理してコンテンツを出力キャンバスにマッピングします。

ラスタライズ: 最後に、ベクターグラフィックスとテキストは、ラスタライズによってピクセルに変換されます。これには、エッジを滑らかにするアンチエイリアシング、複数のオブジェクトが重なる場合の透明度ブレンディングの適用、およびターゲットデバイスで色が正しく表示されるようにするカラー管理が含まれます。

• Content stream – PDFページの視覚的コンテンツを記述する演算子のシーケンス
• Graphics state – コンテンツストリーム内の任意の時点でグラフィックスとテキストがどのようにレンダリングされるかを制御するパラメータの集合
• Page description language – 印刷または表示されるページの外観を指定するためのプログラミング言語
• Rasterization – ベクターグラフィックスとフォントをピクセルベースの表現に変換するプロセス
• Viewer application – PDF文書をレンダリングしてユーザーに表示するソフトウェア