LaTeX插图

【注】笔记来自《LaTeX入门》——刘海洋。

1. 简介

插图功能是利用 TeX 的特定编译程序提供的机制实现的，不同的编译程序支持不同的图形方式。不同 LaTeX 编译程序对应的插图格式如下表所示：

TeX 引擎命令 图形驱动 支持的格式 说明
latex Dvips EPS MiKTeX 还部分支持 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 的输出格式，TeXLive 2010 以后还能自动将 EPS 转换为 PDF 文件产插入
xelatex xdvipdfmx EPS、PDF、PNG、JPEG、BMP 驱动是自动调用的，MAC 系统下的旧驱动 xdv2pdf 还支持其他一些格式

由上表可知，除非使用传统的 Dvips 程序作为图形驱动，一般编译程序支持的图形格式都有好几种，实际插入图形格式也就有不同的选择。对于 pdfLaTeX、XeLaTeX 这些现代的常用编译程序来说，PDF、PNG、JPEG 这三种格式是更为常用的，它们的用途也各自不同：

  • PDF图片通常用来作为矢量图形的标准格式。矢量图形可以以任意比例放缩而不影响输出效果，在表现固定图案或数据产生的图形时很有优势。在以前 LaTeX 更多使用 EPS 格式的矢量图形，不过由于现在支持输出 PDF 的作图软件变得更加普及，而且 PDF 格式的文件通常比相同内容的 EPS 图形体积小，功能（如透明色）也更多。一般的矢量图设计软件（如 Illustrator、CorelDraw、Inkscape）、专业数学软件（如 MatLab、Maple、Mathematica）、计算或作图语言（如 R、GNUplot）、图论或流程图工具（如 Visio、Dia、Graphviz）、物理化学或工程图工具（如 JaxoDraw、ChemDraw、AutoCAD）等，都可以保存或打印为 PDF 格式的图片共 LaTeX 使用。
  • PNG 图片是无损压缩的像素图格式。通常用来显示计算机制作的非自然图形，如复杂数据可视化结果。一般能输出矢量图的软件也都可以输出 PNG 格式的像素图，也有一些科技作图软件不支持矢量图的。通常数据可视化的图形最好使用矢量图格式，不多对于一些特殊情形，如逐点产生的动力系统图像、3D CG 图，还是更适合使用 PNG 格式。
  • JPEG 图片是有损压缩的像素图格式。通常用作照片的格式。计算机产生的非自然图像最好不要使用这种有损压缩格式。

2. 基础

在 LaTeX 中，插图是由 graphics 或 graphicx 宏包所使用的 \includegraphics 命令完成的。graphics 宏包和 graphicx 宏包在功能上并没有什么差别。graphicx 宏包支持 <项目>=<值> 的语法，使用起来更为方便，功能也更为强大。

graphicx 宏包可以使用 draft 和 final 选项，用来表示是否实际插图。当宏包使用 draft 选项，或是文档使用全局的 draft 选项时，\includegraphics 命令并不会实际插入图形，而只是得到一个与图形大小相同的带有文件名的方框，这个选项对于未完成的草稿可以在一定程度上加快编译，并减小文件大小。当文档完成时，就可以更改 draft 选项为 final 选项，得到最终的文档。

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\usepackage[draft]{graphicx}
% 导言区
% ……
\includegraphics{picture}

graphicx 宏包还有一个特别有用的命令 \graphicspath，它可以指定图形文件的搜索目录列表，不同的目录用分组隔开：

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\graphicspath{{figures/}}           % 指定图片路径
\graphicspath{{pdf/}{png/}{jpg/}}   % 指定不同类型图片路径

2.1 格式

插图的核心命令是 \includegraphics，其语法格式为：

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\includegraphics[<选项>]{<文件名>}

其中，<文件名> 是图形文件的文件名，一般的扩展名可以省略不写，LaTeX 会自动查找它支持的文件格式，为了明确也可以加上扩展名。

2.2 大小、位置

插入的图形一般都有一个自然比例，对于 EPS、PDF 图形就是制作的尺寸，对于 JPG、PNG、BMP 等像素图的尺寸则是点阵数除以图形打印度（一般用每英寸点数 DPI 表示）。可以给 \includegraphics 命令加一些可选项来调整图形的大小、位置等：

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

2.3 旋转

使用 angle 选项可以让图形逆时针旋转一定角度，旋转中心可以用 origin 选项确定。origin 的值可以用字符 l,r,c,t,b,B 中的一个或两个，分别表示左、右、中、上、下和基线（默认值为 lb）。

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\includegraphics[angle=90]{picture}             % 以左下角为原点逆时针旋转 90 度
\includegraphics[angle=-45,origin=c]{picture}   % 以中心点为原点顺时针旋转 45 度

插入图形的基线就在图片的底部，因而图片盒子的深度为零。但图片旋转时，基线和深度会随 origin 不同而变化，此时要对图片进行放缩，就要用 totalheight 代替 height 选项，表示规定图片深度和高度之和：

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

2.4 其他

includegraphics 除了以上介绍的参数选项外，还有一些其他的参数选项，诸如：

  • draft、final：同宏包选项相同，仅针对当前插图
  • keepaspectratio：布尔值，决定缩放时是否保持图片原有的长宽比。如果只设置了 width、height 或 totalheight 中的一个，则默认为真。

对于更多的参数选项，可参见 graphicx 宏包官方文档。

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texdoc graphicx

3. 进阶

3.1 几何变换

graphicx/graphics 宏包不仅提供了插图的功能，也提供了对任意对象（即盒子）进行几何变换的功能。除了平移，TeX 本身并没有几何变换的功能，这些功能同样是依赖具体的编译程序。

  • \scalebox 命令用来按比例对内容进行放缩，其语法格式为：
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\scalebox{<水平因子>}[<垂直因子>]{<内容>}   % <垂直因子> 省略时，与 <水平因子> 相同。
  • \reflectbox 命令用来对内容做水平镜像反射，其语法格式为：
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\reflectbox{<内容>}     % 相当于 \scalebox{-1}[-1]{<内容>}
  • \resizebox 命令用来把内容放缩到指定的宽度和高度，其语法格式为：
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\resizebox{<宽度>}{<高度>}{<内容>}  % <宽度> 和 <高度> 可以使用 ! 表示按比例随另一个分量放缩

  • \resizebox* 命令和 \resizebox 功能相同，只是第二个参数表示盒子高度和深度之和。

  • \rotatebox 命令用来对内容进行旋转，其语法格式为：

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\rotatebox[<选项>]{<角度>}{<内容>}  % <选项> 是 graphicx 宏包才有

\rotatebox 命令在选项中可以使用 origin 选项表示旋转原点，值与 \includegraphics 中的选项相同，使用 lrctbB 中的一个或两个；也可以使用 x=2mm,y=5mm 这样的选项准确指定旋转原点。此外，还可以使用 units 选项，其表示旋转的单位，默认值为 1∘1^\circ，设置 units=6.283185 就相当于使用弧度制。

【注】graphicx 宏包并不提供错切变换的功能，如有需要，可以使用 PSTricks、tikz 等绘图宏包。

3.2 页面旋转

在 LaTeX 中，不仅可以对盒子进行旋转，也可以对整个页面的内容进行旋转。lscape 宏包的 landscape 环境就可以把整个页面逆时针旋转 90∘90^\circ：

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\usepackage{lscape}
% 导言区
% ……
\begin{landscape}
    \subsection{页面旋转}
    ……
\end{landscape}

在生成 PDF 文件的情况下，可以使用 pdflscape 宏包代替 lscape 宏包，它可以在旋转页面的同时，让输出的 PDF 文件的页面在阅读器中显示时同时顺时针旋转 90∘90^\circ。

landscape 环境旋转的页面不会影响版心外面页眉页脚的输出，它通常用来表示过宽的内容，如大幅的图片或宽大的表格。不过，landscape 环境会在前后造成额外的分页，这对于只想单纯插入一张图片的情形往往并不适合。理想的办法是产生旋转的浮动环境，可以使用 rotfloat 宏包提供的 sidewapsfigure 来插入浮动的图形，同时不会影响浮动页前后的内容。rotfloat 宏包基于 rotating 宏包和 float 宏包，它会将所有浮动环境增加一个 sideways 开头的旋转环境（比如表格有 sidewapstable 环境）。

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\usepackage{rotfloat}
\begin{sidewaysfigure}[p]
    \centering
    \includegraphics[width=7in]{figure}
    \caption{这是一张旋转的图片}
\end{sidewaysfigure}

此外，可以给 rotfloat 宏包加上旋转方向选项（默认逆时针旋转）：

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\usepackage[figureleft]{rotfloat}   % 顺时针旋转
\usepackage[figureright]{rotfloat}  % 逆时针旋转

3.3 浮动体

详情参见 LaTeX浮动体。

3.4 标题控制

详情参见 LaTeX标题控制。

3.5 并排与子图

在实际中，经常需要把好几个图表并列放在一起输出。由于 LaTeX 的浮动环境并不对环境内容加以限制，所以可以直接把多个图表放在一个浮动体里。又因为 tabular 环境生成的表格和 \includegraphics 插入的图形都是一个大盒子，因此可以直接并排放在一起。

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\begin{figure}
    \centering
    \caption{并排的图片}
    \includegraphics{picture1}
    \includegraphics{picture2}
\end{figure}

如果是和一段文字并排放在一起，则可以使用 \parbox 命令或 minipage 环境生成一个子段盒子：

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\begin{figure}
    \centering
    \includegraphics{picture}
    \qquad
    \parbox[b]{0.4\textwidth}{这是一段和图片并排的文字内容。}
    \caption{picture}
\end{figure}

使用并排的图表或文字时，需要注意其对齐方式。

  • tabular 环境和 \parbox 生成的子段盒子，默认都是在盒子中央对齐，盒子的基准点是中线左端。
  • \includegraphics 插入的图形其基准点在左下角。

因此上面例子中 \parbox 使用了 b 选项使文字与前面的图形对齐，即「底部对齐」。如果需要让插入垂直「居中对齐」，则可以把它放进子段盒子中。对于「顶部对齐」，需要注意的是如果直接把插图放进 t 选项的子段盒子中，并不能使图片在顶部对齐，这是因为 t 选项只能让第一行按基线对齐；此时可以在盒子中先使用 \vspace{0pt} 增加一个高度为 00 的空行，然后按这个空行对齐。

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\begin{figure}
    \centering
    \parbox[t]{0.4\textwidth}{
        \vspace{0pt}
        \includegraphics{picture}
    }
    \qquad
    \parbox[t]{0.4\textwidth}{
        \vspace{0pt}    
        这是一段和图片并排的文字内容。
    }
\end{figure}

3.6 文字绕排

对于小幅的图表，使用绕排的方式可以得到更为紧凑的页面，在篇幅紧张或注重行文的场合，效果往往比浮动环境更有吸引力。由于 TeX 固有的限制，文字绕排的效果还无法做到尽善尽美，对绕排图表的位置、形状、使用都有一些限制。因此在使用绕排工具时，往往需要仔细的调整，或者另寻它途。

  • 在 TeX 内部，绕排工具都是使用 \parshape 命令的功能配合复杂的盒子操作与计算完成的，这也是为什么在列表环境中无法正常使用绕排功能（因为列表项也是由 \parshape 实现的）。
  • 可以使用 \parshape 命令产生复杂形状的绕排效果，下面所介绍的 picinpar、wrapfig 和 floatflt 宏包都只能产生矩形的空洞，而 shapepar 和 cutwin 宏包则部分实现了复杂绕排的功能。

3.6.1 picinpar 宏包

picinpar 宏包提供了 \figwindow 和 \tabwindow 来实现绕排功能。它们的语法格式如下：

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% 下面四个参数都是必选的
\begin{figwindow}[<下降行数>,<水平位置>,<图内容>,<图标题>]
    <绕排文字>
\end{figwindow}
\begin{tabwindow}[<下降行数>,<水平位置>,<表内容>,<表标题>]
    <绕排文字>
\end{tabwindow}

figwindow 和 tabwindow 环境会在 <绕排文字> 的段落中开一个窗口，用来放置图表。图表的位置由前两个参数确定，<下降行数> 是一个整数，确定被绕排图表的垂直位置，图表将在这么多行文字下方显示；<水平位置> 可以是 l,c,r，表示窗口开在段落左、中、右的位置。后面两个参数分别是图表的内容和标题。标题可以留空，但需要保留标题前的逗号，此时就没有标题和编号。如果标题的编号需要引用，可以把标签放在标题内。

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% 导言区
\usepackage{picinpar}
% ……
\begin{figwindow}[2,c,\includegraphics{picture},picture\label{fig:picture}]
\lipsum*[1]     % 该命令产生足够长的虚拟文本段落，需要使用 lipsum 宏包

picinpar 能够自动计算图表内容的大小，在环境中文本段落指定的位置开窗口放置此图表。不过，picinpar 也有一个缺点，即它要求环境中的段落在页面上必须有足够的空白，如果段落文字恰好在一页的末尾，就会在页面上留下大片的空白，这与使用 float 提供的不浮动的图表环境（H 选项）是一样的。此外，picinpar 在图表外面加的间距很小，不方便调整，figwindow 与 tabwindow 环境的语法也与一般的 LaTeX 环境不同。当图形大小或环境中文本内容在页面中位置不合适时，picinpar 偶尔还会造成错误的段落形状，需要在使用中小心调整。

3.6.2 wrapfig 宏包

wrapfig 宏包提供了 wrapfigure 和 wraptable 环境，在语法格式上更接近标准的 figure 和 table 环境：

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% 中括号参数是可选的
\begin{wrapfigure}[<行数>]{<位置>}[<外伸长度>]{<宽度>}
    <图内容>
\end{wrapfigure}
\begin{wraptable}[<行数>]{<位置>}[<外伸长度>]{<宽度>}
    <表内容>
\end{wraptable}

在使用时，<图内容> 及 <表内容> 与普通 figure、table 环境的内容相同，可以是任意代码产生的图表，也可以使用 \caption 命令生成标题。在环境后面的段落内容江辉沿图表绕排。在这里，<位置> 参数不区分大小写，可以是 l,r，即左右两侧；也可以用 o,i，表示双页页面的装订内侧和外侧。<宽度> 则指定图表环境所占用的宽度。可选的 <行数> 可以指定图表占用的行数，如果留空则会按照内容高度自动计算（不过自动计算的结果有时偏大）。<外伸长度> 如果大于 00 pt，则图表会向左右侧面伸出版心指定的长度，产生特殊的效果。

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

wrapfig 在使用时可以不必指定把多少文字包含进绕排的范围，但它同样也有与 picinpar 类似的问题，即本页中剩下的空间必须足够放下被绕排的图表，否则也将造成难看的分页。在功能上，wrapfig 可以让图伸出版心之外，不过不能把图表放在中间或跳过前几行，因而与 picinpar 有互补的效果。

3.6.3 floatflt 宏包

floatflt 宏包与 wrapfig 类似，它提供了 floatingfigure 和 floatingtable 的浮动环境，可以把浮动体放在一段开头的左侧或右侧。floatflt 的独特功能是提供了 \fltitem 命令，试图解决与列表环境共用时产生的问题。

3.6.4 shapepar 宏包

shapepar 宏包的 \cutout 命令部分实现了复杂形状绕排功能，其基本语法格式为：

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\cutout{<side>}(<h_offset>,<v_offset>)<settings> \shapepar <文字内容>

其中，必选的 <side> 参数只能为 l,r。图表的默认的位置为盒子的中心位置，可选的 <h_offset>、<v_offset> 分别表示图表由默认位置上在水平、垂直方向上的偏移，正值分别表示往右、下偏移，负值分别表示往左、上。

shapepar 宏包提供了许多预定义的绕排形状，详细参见官方文档：

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texdoc shapepar

3.6.5 cutwin 宏包

cutwin 宏包也提供了类似 picinpar、wrapfig 的绕排功能，同时与 shapepar 一样还支持自定义挖洞的形状。虽然没有 shaperpar 一样丰富的预定义形状，不过在处理绕排时其语法相对自然。cutwin 与 shapepar 宏包有命名冲突，具体用法参见官方文档：

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texdoc cutwin
Technique TeX LaTeX
Technique TeX LaTeX

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