PDFってこうなってる? Part 6：パスで図形を描画する仕組み

Part 4：白紙のPDFページを自作するで示したように、PDFはストリームオブジェクト内にある一連のコマンドを使って描画されます。PDFビューアーは、これらのコマンドを順番に読み取り、ページ上に表示される全コンテンツを描画します。Part 6となるこの記事では、グラフィックコマンドの中でも基本となる「パス」に焦点を当て、ページ上に直線・曲線・長方形を描画するPDFをテキストエディタで実際に作成します。

パスオブジェクトとは

パスオブジェクトは、PDF内で図形を描くための基本的な仕組みです。「点のリスト」という概念で理解するとわかりやすいでしょう。

パスには必ず始点（開始座標）があり、そこから新しい座標がリストに順次追加されていきます。パスの各セグメント（区間）は、直線、曲線、または長方形の形態を取ることができます。重要なのは、複数のセグメントであっても「単一のパス」として扱われる点です。パスに対して適用されるペインティング操作（ストロークや塗りつぶし）は、すべてのセグメントに対して一括で実行されます。

この仕組みにより、複雑な形状を1つのパスとして効率よく表現できます。たとえば、複数の直線と曲線を組み合わせた図形でも、1回のペインティング操作で描画が完了します。

座標系について

PDFの座標系は、一般的なプログラミングの画面座標とは異なります。PDFでは、ページの**左下が原点（0, 0）**で、右方向がX軸の正、上方向がY軸の正です。たとえば、レターサイズ（612 x 792ポイント）のページでは、左上の座標は (0, 792) となります。

この座標系を理解しておくことが、以降のコマンドを正しく読み解くために不可欠です。

グラフィックコマンドの詳細

直線の描画

最も基本的なパス描画の例を見てみましょう。

175 720 m 175 50 l h S

このコマンドラインには、4つの操作が含まれています。

この例では、座標 (175, 720) から (175, 50) まで垂直な直線が描かれます。h で始点に戻るため、結果としてページ上に1本の縦線が表示されます。

曲線の追加

次に、直線と曲線を組み合わせた例です。

175 720 m 175 700 l 300 800 400 720 v h S

ここで新たに登場するのが v コマンド（ベジェ曲線）です。v コマンドは3次ベジェ曲線を描きますが、最初の制御点は現在の座標と同じになります。

• 300 800 - 2番目の制御点で、曲線の形状（膨らみ具合）を決定します
• 400 720 - 終点の座標です

ベジェ曲線は、制御点の位置を変えることで直線から急カーブまでさまざまな形状の曲線を表現できます。PDFでは c（curveto）コマンドもあり、こちらは2つの制御点を独立して指定できるため、より自由度の高い曲線が描けます。

長方形の描画

さらに長方形を追加した例です。

175 720 m 175 700 l 300 800 400 600 v 100 650 50 75 re h S

re（rectangle）コマンドは、4つのパラメータを取ります。

• 100 - 長方形の左下X座標
• 650 - 長方形の左下Y座標
• 50 - 幅
• 75 - 高さ

つまり、座標 (100, 650) を左下の角として、幅50ポイント、高さ75ポイントの長方形を描画します。この長方形は前の直線や曲線と物理的に接続されていませんが、同じパスの一部として扱われます。最後の S コマンドが実行されると、直線・曲線・長方形のすべてに対してストロークが描画されます。

ペインティング操作の種類

パスの描画方法は S（ストローク）だけではありません。PDFには以下のペインティング操作が用意されています。

ストロークは線の輪郭だけを描き、塗りつぶしは囲まれた領域を色で満たします。これらを組み合わせることで、枠線付きの色付き図形なども表現できます。

完成したPDFコード

以下のコードをテキストエディタに貼り付け、draw-line.pdf として保存してください。

%PDF-2.0
 
1 0 obj
<< /Type /Catalog /Pages 2 0 R >>
endobj
 
2 0 obj
<< /Type /Pages /Kids [3 0 R] /Count 1 >>
endobj
 
3 0 obj
<< /Type /Page /Parent 2 0 R /MediaBox [0 0 612 792]
   /Contents 4 0 R >>
endobj
 
4 0 obj
<< /Length 100 >>
stream
175 720 m % 移動
175 500 l % 直線
300 800 400 600 v % 曲線
100 650 50 75 re % 四角形
h % 最後の点を最初の点に接続
S % ストローク
endstream
endobj
 
xref
0 5
0000000000 65535 f
0000000010 00000 n
0000000059 00000 n
0000000140 00000 n
0000000202 00000 n
 
trailer
<< /Size 5 /Root 1 0 R >>
 
startxref
598
 
%%EOF

このPDFファイルの構造を簡単に確認しましょう。オブジェクト1がカタログ（ルート）、オブジェクト2がページツリー、オブジェクト3がページ定義、オブジェクト4がコンテンツストリーム（描画命令）です。ストリーム内の命令で、直線、ベジェ曲線、長方形を1つのパスとして描画しています。

上記コードを保存し、PDFビューアーで開くと、複数の線分と1つの長方形が表示されます。コマンドの座標値を変更して再保存すれば、図形の形や位置が変わることを確認できます。

次のステップ

Part 7：色を操るグラフィックスステートでは、パスを塗りつぶすさまざまな方法と、描画の色や線幅を制御する「グラフィックスステート（グラフィックス状態）」について探索します。

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