LaTeX插圖

【注】筆記來自《LaTeX入門》——劉海洋。

1. 簡介

插圖功能是利用 TeX 的特定編譯程序提供的機制實現的，不同的編譯程序支持不同的圖形方式。不同 LaTeX 編譯程序對應的插圖格式如下表所示：

TeX 引擎命令	圖形驅動	支持的格式	說明
`latex`	Dvips	EPS	MiKTeX 還部分支持 PNG 和 JPEG
`latex`	DVIPDFMx	EPS,PDF,PNG,JPEG	PDF、PNG、JPEG 需要使用 extractbb 程序生成 `.xbb` 文件
`pdflatex`	$-$	MPS、PDF、PNG、JPEG	MPS 是 METAPOST 的輸出格式，TeXLive 2010 以後還能自動將 EPS 轉換爲 PDF 文件產插入
`xelatex`	xdvipdfmx	EPS、PDF、PNG、JPEG、BMP	驅動是自動調用的，MAC 系統下的舊驅動 xdv2pdf 還支持其他一些格式

由上表可知，除非使用傳統的 Dvips 程序作爲圖形驅動，一般編譯程序支持的圖形格式都有好幾種，實際插入圖形格式也就有不同的選擇。對於 pdfLaTeX、XeLaTeX 這些現代的常用編譯程序來說，PDF、PNG、JPEG 這三種格式是更爲常用的，它們的用途也各自不同：

PDF圖片通常用來作爲矢量圖形的標準格式。矢量圖形可以以任意比例放縮而不影響輸出效果，在表現固定圖案或數據產生的圖形時很有優勢。在以前 LaTeX 更多使用 EPS 格式的矢量圖形，不過由於現在支持輸出 PDF 的作圖軟件變得更加普及，而且 PDF 格式的文件通常比相同內容的 EPS 圖形體積小，功能（如透明色）也更多。一般的矢量圖設計軟件（如 Illustrator、CorelDraw、Inkscape）、專業數學軟件（如 MatLab、Maple、Mathematica）、計算或作圖語言（如 R、GNUplot）、圖論或流程圖工具（如 Visio、Dia、Graphviz）、物理化學或工程圖工具（如 JaxoDraw、ChemDraw、AutoCAD）等，都可以保存或打印爲 PDF 格式的圖片共 LaTeX 使用。
PNG 圖片是無損壓縮的像素圖格式。通常用來顯示計算機制作的非自然圖形，如複雜數據可視化結果。一般能輸出矢量圖的軟件也都可以輸出 PNG 格式的像素圖，也有一些科技作圖軟件不支持矢量圖的。通常數據可視化的圖形最好使用矢量圖格式，不多對於一些特殊情形，如逐點產生的動力系統圖像、3D CG 圖，還是更適合使用 PNG 格式。
JPEG 圖片是有損壓縮的像素圖格式。通常用作照片的格式。計算機產生的非自然圖像最好不要使用這種有損壓縮格式。

2. 基礎

在 LaTeX 中，插圖是由 graphics 或 graphicx 宏包所使用的 \includegraphics 命令完成的。graphics 宏包和 graphicx 宏包在功能上並沒有什麼差別。graphicx 宏包支持 <項目>=<值> 的語法，使用起來更爲方便，功能也更爲強大。

graphicx 宏包可以使用 draft 和 final 選項，用來表示是否實際插圖。當宏包使用 draft 選項，或是文檔使用全局的 draft 選項時，\includegraphics 命令並不會實際插入圖形，而只是得到一個與圖形大小相同的帶有文件名的方框，這個選項對於未完成的草稿可以在一定程度上加快編譯，並減小文件大小。當文檔完成時，就可以更改 draft 選項爲 final 選項，得到最終的文檔。

\usepackage[draft]{graphicx}
% 導言區
% ……
\includegraphics{picture}

graphicx 宏包還有一個特別有用的命令 \graphicspath，它可以指定圖形文件的搜索目錄列表，不同的目錄用分組隔開：

\graphicspath{{figures/}}           % 指定圖片路徑
\graphicspath{{pdf/}{png/}{jpg/}}   % 指定不同類型圖片路徑

2.1 格式

插圖的核心命令是 \includegraphics，其語法格式爲：

\includegraphics[<選項>]{<文件名>}

其中，<文件名> 是圖形文件的文件名，一般的擴展名可以省略不寫，LaTeX 會自動查找它支持的文件格式，爲了明確也可以加上擴展名。

2.2 大小、位置

插入的圖形一般都有一個自然比例，對於 EPS、PDF 圖形就是製作的尺寸，對於 JPG、PNG、BMP 等像素圖的尺寸則是點陣數除以圖形打印度（一般用每英寸點數 DPI 表示）。可以給 \includegraphics 命令加一些可選項來調整圖形的大小、位置等：

\includegraphics[width=2em]{picture}    % 寬度
\includegraphics[height=1cm]{picture}   % 高度
\includegraphics[scale=0.5]{picture}    % 縮放比例

2.3 旋轉

使用 angle 選項可以讓圖形逆時針旋轉一定角度，旋轉中心可以用 origin 選項確定。origin 的值可以用字符 l,r,c,t,b,B 中的一個或兩個，分別表示左、右、中、上、下和基線（默認值爲 lb）。

\includegraphics[angle=90]{picture}             % 以左下角爲原點逆時針旋轉 90 度
\includegraphics[angle=-45,origin=c]{picture}   % 以中心點爲原點順時針旋轉 45 度

插入圖形的基線就在圖片的底部，因而圖片盒子的深度爲零。但圖片旋轉時，基線和深度會隨 origin 不同而變化，此時要對圖片進行放縮，就要用 totalheight 代替 height 選項，表示規定圖片深度和高度之和：

\includegraphics[angle=90,origin=b,totalheight=1.5cm]{picture}

2.4 其他

includegraphics 除了以上介紹的參數選項外，還有一些其他的參數選項，諸如：

draft、final：同宏包選項相同，僅針對當前插圖
keepaspectratio：布爾值，決定縮放時是否保持圖片原有的長寬比。如果只設置了 width、height 或 totalheight 中的一個，則默認爲真。

對於更多的參數選項，可參見 graphicx 宏包官方文檔。

texdoc graphicx

3. 進階

3.1 幾何變換

graphicx/graphics 宏包不僅提供了插圖的功能，也提供了對任意對象（即盒子）進行幾何變換的功能。除了平移，TeX 本身並沒有幾何變換的功能，這些功能同樣是依賴具體的編譯程序。

\scalebox 命令用來按比例對內容進行放縮，其語法格式爲：

\scalebox{<水平因子>}[<垂直因子>]{<內容>}   % <垂直因子> 省略時，與 <水平因子> 相同。

\reflectbox 命令用來對內容做水平鏡像反射，其語法格式爲：

\reflectbox{<內容>}     % 相當於 \scalebox{-1}[-1]{<內容>}

\resizebox 命令用來把內容放縮到指定的寬度和高度，其語法格式爲：

\resizebox{<寬度>}{<高度>}{<內容>}  % <寬度> 和 <高度> 可以使用 ! 表示按比例隨另一個分量放縮

\resizebox* 命令和 \resizebox 功能相同，只是第二個參數表示盒子高度和深度之和。
\rotatebox 命令用來對內容進行旋轉，其語法格式爲：

\rotatebox[<選項>]{<角度>}{<內容>}  % <選項> 是 graphicx 宏包纔有

\rotatebox 命令在選項中可以使用 origin 選項表示旋轉原點，值與 \includegraphics 中的選項相同，使用 lrctbB 中的一個或兩個；也可以使用 x=2mm,y=5mm 這樣的選項準確指定旋轉原點。此外，還可以使用 units 選項，其表示旋轉的單位，默認值爲 $1^\circ$ ，設置 units=6.283185 就相當於使用弧度制。

【注】graphicx 宏包並不提供錯切變換的功能，如有需要，可以使用 PSTricks、tikz 等繪圖宏包。

3.2 頁面旋轉

在 LaTeX 中，不僅可以對盒子進行旋轉，也可以對整個頁面的內容進行旋轉。lscape 宏包的 landscape 環境就可以把整個頁面逆時針旋轉 $90^\circ$ ：

\usepackage{lscape}
% 導言區
% ……
\begin{landscape}
    \subsection{頁面旋轉}
    ……
\end{landscape}

在生成 PDF 文件的情況下，可以使用 pdflscape 宏包代替 lscape 宏包，它可以在旋轉頁面的同時，讓輸出的 PDF 文件的頁面在閱讀器中顯示時同時順時針旋轉 $90^\circ$ 。

landscape 環境旋轉的頁面不會影響版心外面頁眉頁腳的輸出，它通常用來表示過寬的內容，如大幅的圖片或寬大的表格。不過，landscape 環境會在前後造成額外的分頁，這對於只想單純插入一張圖片的情形往往並不適合。理想的辦法是產生旋轉的浮動環境，可以使用 rotfloat 宏包提供的 sidewapsfigure 來插入浮動的圖形，同時不會影響浮動頁前後的內容。rotfloat 宏包基於 rotating 宏包和 float 宏包，它會將所有浮動環境增加一個 sideways 開頭的旋轉環境（比如表格有 sidewapstable 環境）。

\usepackage{rotfloat}
\begin{sidewaysfigure}[p]
    \centering
    \includegraphics[width=7in]{figure}
    \caption{這是一張旋轉的圖片}
\end{sidewaysfigure}

此外，可以給 rotfloat 宏包加上旋轉方向選項（默認逆時針旋轉）：

\usepackage[figureleft]{rotfloat}   % 順時針旋轉
\usepackage[figureright]{rotfloat}  % 逆時針旋轉

3.3 浮動體

詳情參見 LaTeX浮動體。

3.4 標題控制

詳情參見 LaTeX標題控制

3.5 並排與子圖

在實際中，經常需要把好幾個圖表並列放在一起輸出。由於 LaTeX 的浮動環境並不對環境內容加以限制，所以可以直接把多個圖表放在一個浮動體裏。又因爲 tabular 環境生成的表格和 \includegraphics 插入的圖形都是一個大盒子，因此可以直接並排放在一起。

\begin{figure}
    \centering
    \caption{並排的圖片}
    \includegraphics{picture1}
    \includegraphics{picture2}
\end{figure}

如果是和一段文字並排放在一起，則可以使用 \parbox 命令或 minipage 環境生成一個子段盒子：

\begin{figure}
    \centering
    \includegraphics{picture}
    \qquad
    \parbox[b]{0.4\textwidth}{這是一段和圖片並排的文字內容。}
    \caption{picture}
\end{figure}

使用並排的圖表或文字時，需要注意其對齊方式。

tabular 環境和 \parbox 生成的子段盒子，默認都是在盒子中央對齊，盒子的基準點是中線左端。
\includegraphics 插入的圖形其基準點在左下角。

因此上面例子中 \parbox 使用了 b 選項使文字與前面的圖形對齊，即「底部對齊」。如果需要讓插入垂直「居中對齊」，則可以把它放進子段盒子中。對於「頂部對齊」，需要注意的是如果直接把插圖放進 t 選項的子段盒子中，並不能使圖片在頂部對齊，這是因爲 t 選項只能讓第一行按基線對齊；此時可以在盒子中先使用 \vspace{0pt} 增加一個高度爲 $0$ 的空行，然後按這個空行對齊。

\begin{figure}
    \centering
    \parbox[t]{0.4\textwidth}{
        \vspace{0pt}
        \includegraphics{picture}
    }
    \qquad
    \parbox[t]{0.4\textwidth}{
        \vspace{0pt}    
        這是一段和圖片並排的文字內容。
    }
\end{figure}

3.6 文字繞排

對於小幅的圖表，使用繞排的方式可以得到更爲緊湊的頁面，在篇幅緊張或注重行文的場合，效果往往比浮動環境更有吸引力。由於 TeX 固有的限制，文字繞排的效果還無法做到盡善盡美，對繞排圖表的位置、形狀、使用都有一些限制。因此在使用繞排工具時，往往需要仔細的調整，或者另尋它途。

在 TeX 內部，繞排工具都是使用 \parshape 命令的功能配合複雜的盒子操作與計算完成的，這也是爲什麼在列表環境中無法正常使用繞排功能（因爲列表項也是由 \parshape 實現的）。
可以使用 \parshape 命令產生複雜形狀的繞排效果，下面所介紹的 picinpar、wrapfig 和 floatflt 宏包都只能產生矩形的空洞，而 shapepar 和 cutwin 宏包則部分實現了複雜繞排的功能。

3.6.1 `picinpar` 宏包

picinpar 宏包提供了 \figwindow 和 \tabwindow 來實現繞排功能。它們的語法格式如下：

% 下面四個參數都是必選的
\begin{figwindow}[<下降行數>,<水平位置>,<圖內容>,<圖標題>]
    <繞排文字>
\end{figwindow}
\begin{tabwindow}[<下降行數>,<水平位置>,<表內容>,<表標題>]
    <繞排文字>
\end{tabwindow}

figwindow 和 tabwindow 環境會在 <繞排文字> 的段落中開一個窗口，用來放置圖表。圖表的位置由前兩個參數確定，<下降行數> 是一個整數，確定被繞排圖表的垂直位置，圖表將在這麼多行文字下方顯示；<水平位置> 可以是 l,c,r，表示窗口開在段落左、中、右的位置。後面兩個參數分別是圖表的內容和標題。標題可以留空，但需要保留標題前的逗號，此時就沒有標題和編號。如果標題的編號需要引用，可以把標籤放在標題內。

% 導言區
\usepackage{picinpar}
% ……
\begin{figwindow}[2,c,\includegraphics{picture},picture\label{fig:picture}]
\lipsum*[1]     % 該命令產生足夠長的虛擬文本段落，需要使用 lipsum 宏包

picinpar 能夠自動計算圖表內容的大小，在環境中文本段落指定的位置開窗口放置此圖表。不過，picinpar 也有一個缺點，即它要求環境中的段落在頁面上必須有足夠的空白，如果段落文字恰好在一頁的末尾，就會在頁面上留下大片的空白，這與使用 float 提供的不浮動的圖表環境（H 選項）是一樣的。此外，picinpar 在圖表外面加的間距很小，不方便調整，figwindow 與 tabwindow 環境的語法也與一般的 LaTeX 環境不同。當圖形大小或環境中文本內容在頁面中位置不合適時，picinpar 偶爾還會造成錯誤的段落形狀，需要在使用中小心調整。

3.6.2 `wrapfig` 宏包

wrapfig 宏包提供了 wrapfigure 和 wraptable 環境，在語法格式上更接近標準的 figure 和 table 環境：

% 中括號參數是可選的
\begin{wrapfigure}[<行數>]{<位置>}[<外伸長度>]{<寬度>}
    <圖內容>
\end{wrapfigure}
\begin{wraptable}[<行數>]{<位置>}[<外伸長度>]{<寬度>}
    <表內容>
\end{wraptable}

在使用時，<圖內容> 及 <表內容> 與普通 figure、table 環境的內容相同，可以是任意代碼產生的圖表，也可以使用 \caption 命令生成標題。在環境後面的段落內容江輝沿圖表繞排。在這裏，<位置> 參數不區分大小寫，可以是 l,r，即左右兩側；也可以用 o,i，表示雙頁頁面的裝訂內側和外側。<寬度> 則指定圖表環境所佔用的寬度。可選的 <行數> 可以指定圖表佔用的行數，如果留空則會按照內容高度自動計算（不過自動計算的結果有時偏大）。<外伸長度> 如果大於 $0$ pt，則圖表會向左右側面伸出版心指定的長度，產生特殊的效果。

% 導言區
\usepackage{wrapfig}
% ……
\begin{wraptable}[4]{r}[1.5cm]{4.5cm}
    \centering
    \caption{向右伸出的繞排表格}\label{tag:wraptable}
    \begin{tabular}{|c|c|c|c|}
        \hline
        甲 & 乙 & 丙 & 丁 \\
        \hline
    \end{tabular}
\end{wraptable}

wrapfig 在使用時可以不必指定把多少文字包含進繞排的範圍，但它同樣也有與 picinpar 類似的問題，即本頁中剩下的空間必須足夠放下被繞排的圖表，否則也將造成難看的分頁。在功能上，wrapfig 可以讓圖伸出版心之外，不過不能把圖表放在中間或跳過前幾行，因而與 picinpar 有互補的效果。

3.6.3 `floatflt` 宏包

floatflt 宏包與 wrapfig 類似，它提供了 floatingfigure 和 floatingtable 的浮動環境，可以把浮動體放在一段開頭的左側或右側。floatflt 的獨特功能是提供了 \fltitem 命令，試圖解決與列表環境共用時產生的問題。

3.6.4 `shapepar` 宏包

shapepar 宏包的 \cutout 命令部分實現了複雜形狀繞排功能，其基本語法格式爲：

\cutout{<side>}(<h_offset>,<v_offset>)<settings> \shapepar <文字內容>

其中，必選的 <side> 參數只能爲 l,r。圖表的默認的位置爲盒子的中心位置，可選的 <h_offset>、<v_offset> 分別表示圖表由默認位置上在水平、垂直方向上的偏移，正值分別表示往右、下偏移，負值分別表示往左、上。

shapepar 宏包提供了許多預定義的繞排形狀，詳細參見官方文檔：

texdoc shapepar

3.6.5 `cutwin` 宏包

cutwin 宏包也提供了類似 picinpar、wrapfig 的繞排功能，同時與 shapepar 一樣還支持自定義挖洞的形狀。雖然沒有 shaperpar 一樣豐富的預定義形狀，不過在處理繞排時其語法相對自然。cutwin 與 shapepar 宏包有命名衝突，具體用法參見官方文檔：

texdoc cutwin

1. 簡介

2. 基礎

2.1 格式

2.2 大小、位置

2.3 旋轉

2.4 其他

3. 進階

3.1 幾何變換

3.2 頁面旋轉

3.3 浮動體

3.4 標題控制

3.5 並排與子圖

3.6 文字繞排

3.6.1 `picinpar` 宏包

3.6.2 `wrapfig` 宏包

3.6.3 `floatflt` 宏包

3.6.4 `shapepar` 宏包

3.6.5 `cutwin` 宏包

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1. 簡介

2. 基礎

2.1 格式

2.2 大小、位置

2.3 旋轉

2.4 其他

3. 進階

3.1 幾何變換

3.2 頁面旋轉

3.3 浮動體

3.4 標題控制

3.5 並排與子圖

3.6 文字繞排

3.6.1 picinpar 宏包

3.6.2 wrapfig 宏包

3.6.3 floatflt 宏包

3.6.4 shapepar 宏包

3.6.5 cutwin 宏包

3.6.1 `picinpar` 宏包

3.6.2 `wrapfig` 宏包

3.6.3 `floatflt` 宏包

3.6.4 `shapepar` 宏包

3.6.5 `cutwin` 宏包