Иллюстрации и рисунки в LaTeX

Этот пост является частью большой статьи
"Как оформить диплом в LaTeX?",
которую написал virens,
ведущий блога "Записки дебианщика".

Здесь приводятся базовые идеи и примеры, которые вам нужно освоить для вставки изображений и рисунков в LaTeX. Мы рассмотрим вставку нескольких рисунков в ряд и оформление групп рисунков, для чего будем пользоваться окружением minipage. Для набора дипломов по техническим специальностям приведённых сведений должно хватить.



Подготовка
Для начала работы с изображениями нужно подключить пакет graphicx, который обеспечивает их вставку в текст документа. Есть много драйверов для работы с изображениями, но мы будем использовать dvips - это позволит нам потом сравнительно легко и довольно просто конвертировать диплом из LaTeX в Word или OpenOffice через формат RTF, используя открытую программу latex2rtf. Для этого ваши рисунки нужно конвертировать в EPS, что делается программой convert из пакета imagemagick или утилитой sam2p. И imagemagick, и sam2p есть в стандартных репозиториях Debian и ставятся на раз.  


Как вставить в LaTeX-документ изображение?
Рисунок в технической статье или отчёте - это не просто картинка, а ещё и подпись к нему, и возможность поставить на рисунок ссылку. Для этого сначала в преамбуле документа (это те самые магические заклинания, которые до \begin{document} ) нужно вставить следующее:

\usepackage[dvips]{graphicx}
\graphicspath{{noiseimages/}}

Рисунки лучше хранить в отдельных каталогах, идеально - для каждой главы диплома свой каталог. Следует перечислить все каталоги с рисунками, чтобы ЛаТеХ смог их найти. Делается это так:  

\graphicspath{{images-overview/}{images-deconv/}{images-linearization/}{images-noiseincoding/}{images-linearization/imagemotion/}{images-opticalcoding/}}

В ЛаТеХе вы только упоминаете рисунок - ставите на него относительную ссылку при помощи команды  

\includegraphics[width=1\linewidth]{image}

Как уже говорилось, если ваш рисунок в формате PNG/TIF/JPG или ещё каком-нибудь, нужно сначала перевести его в EPS при помощи программы convert из пакета imagemagick или утилитой sam2p. Например, чтобы конвертировать файл в EPS программой convert, нужно дать команду:

convert image.jpg image.eps

После этого копируем полученный eps-файл в каталог, указанный в \graphicspath{{noiseimages/}}, в данном случае подкаталог noiseimages, который находится в каталоге с нашим tex-файлом.


Помимо вставки картинки, нам нужна к нему подпись и возможность сослаться. В общем, мы можем:

1. определить место рисунка в тексте - разрешить алгоритмам ТеХа принять решение исходя из заполненности страницы \begin{figure}[h] "хотелось бы картинку здесь", настойчиво просить разместить после текста \begin{figure}[h!] "очень хочу картинку здесь", и ударить кулаком по столу - картинку тут и точка \begin{figure}[H] "ХОЧУ картинку здесь и баста", а с прибавлением буквы p мы заставляем поместить ЛаТеХ картинку отдельно на страницу так: \begin{figure}[pH].
2. задать размер изображения в относительных единицах - долях от ширины строки или текста
3. вставить подпись под рисунком \caption{Зависимость сигнала от шума для данных.}
4. вставить ссылку на рисунок \label{ris:image}

А теперь всё сразу:

\begin{figure}[h]
\center{\includegraphics[width=1\linewidth]{image}}
\caption{Зависимость сигнала от шума для данных.}
\label{ris:image}
\end{figure}

Результат в документе:

Всё просто и понятно в этом примере: мы разместили рисунок, который находится в файле image, в тексте - оставляем выбор размещения за ТеХом. Размер его будет во всю строку, подпись - "Рис.N:Зависимость сигнала от шума для данных.", где N - номер рисунка, который будет вставлен позже, во время сборки документа. Расширение у документа не указывается: если вы используете драйвер dvips, то это обязательно postscipt.

Теперь надо ссылаться на рисунок так: как показано на Рис.~\ref{ris:image} - так вы всегда сошлётесь на правильный рисунок. Только нужно следить, чтобы имена рисунков не повторялись. Главное - делать название рисунков осмысленными и понятными вам, а не просто ris1, ris2... Естественно, что LaTeX - это язык программирования, так что все советы по грамотному написанию программ уместны и здесь.
Маленькая хитрость: команду \caption{} нужно использовать обязательно перед \label{}, иначе в документе ссылка будет не на рисунок, а на текущую subsection.


Полезно запомнить, что ЛаТеХ рассматривает рисунок как одну большую букву. Поэтому в некоторых сложных случаях полезно применять грубую силу, т.е. например можно сделать интервал от подписи командой \vspace{1cm} - не очень изящно, зато действенно.
 
 

Два рисунка в строчку
Немного усложним пример - вставим два рисунка в строку, с единой подписью под каждым. Можно вставить ещё один \includegraphics, но под рисунками должны быть подписи а) и б) и нужно, чтобы они были по центру. Для этого есть замечательное окружение \begin{minipage} .. \end{minipage}. То есть резервируем место под рисунок, и вставляем его во фрейм. Вот так:

\begin{figure}[h]
\begin{minipage}[h]{0.49\linewidth}
\center{\includegraphics[width=0.5\linewidth]{image} \\ а)}
\end{minipage}
\hfill
\begin{minipage}[h]{0.49\linewidth}
\center{\includegraphics[width=0.5\linewidth]{image} \\ б)}
\end{minipage}
\caption{Зависимость сигнала от шума для данных.}
\label{ris:image1}
\end{figure}

Здесь ширина рисунка указана 1\linewidth то есть во всю строку, но строка теперь ширины 0.49\linewidth так что рисунок будет во весь фрейм размера в половину строки. Кроме того, после каждого рисунка идётразрыв строки и буква, обозначающая рисунок. Нужно помнить, что ссылка и подпись под рисунками одна.

Результат, как всегда, логичен и приятен:

Команда \hfill позволяет раздвинуть рисунки к краям страницы, как бы заполняя между ними пространство пустотой. Из приведённых примеров должно быть понятно, как вставлять несколько рисунков в строку, теперь немного усложним задачу и попробуем вставить два рисунка в строчку и два в столбец.


Два рисунка в строчку и два в столбец
Следующий уровень - вставляем рисунки не только в строчку, но и по столбцам. Идея таже, только после заполнения строчек вставляем команду \vfill которая растолкнёт рисунки по строкам. Всё остальное остаётся в силе: используем окружение minipage и грамотно выставляем ширину этих самых minipage так, чтобы оставался небольшой зазор: для двух картинок 0.48, для трёх 0.31 и так далее. Собственно, код:

\begin{figure}[H]
\begin{minipage}[h]{0.47\linewidth}
\center{\includegraphics[width=1\linewidth]{image}} a) \\
\end{minipage}
\hfill
\begin{minipage}[h]{0.47\linewidth}
\center{\includegraphics[width=1\linewidth]{image}} \\b)
\end{minipage}
\vfill
\begin{minipage}[h]{0.47\linewidth}
\center{\includegraphics[width=1\linewidth]{image}} c) \\
\end{minipage}
\hfill
\begin{minipage}[h]{0.47\linewidth}
\center{\includegraphics[width=1\linewidth]{image}} d) \\
\end{minipage}
\caption{Correlation signal peaks: a) numerical experiment, b)
registered correlation signals, c) intensity distribution of correlation
signals in numerical experiment, d) correlation signals intensity
distribution for DCRAW processed data.}
\label{ris:experimentalcorrelationsignals}
\end{figure}

Результат:



То есть теперь мы не падаем в обморок от просьбы вставить 12 рисунков по 3 в ряд. Все идеи те же самые, хотя едва ли в дипломе вам придётся столкнуться с большим количеством хитро расположенных рисунков.



Два рисунка с разными подписями
Это важный частный случай, так как довольно часто сделать одну подпись для двух рисунков или длинно, или сложно, и поэтому лучше выделить их в два отдельных рисунка, но в ряд. Мы не будем привлекать для этого отдельные сущности, а воспользуемся старым-добрым minipage. Надеюсь, благодарный читатель ещё помнит, что ЛаТеХ - он как рельса, прост и бесхитростен, и делает то, что вы ему прикажете, как бы костыляво это не выглядело:

Для этого случая код следующий:

\begin{figure}[h]
\begin{center}
\begin{minipage}[h]{0.4\linewidth}
\includegraphics[width=1\linewidth]{image}
\caption{Исходное изображение.} %% подпись к рисунку
\label{ris:experimoriginal} %% метка рисунка для ссылки на него
\end{minipage}
\hfill
\begin{minipage}[h]{0.4\linewidth}
\includegraphics[width=1\linewidth]{image}
\caption{Закодированное изображение.}
\label{ris:experimcoded}
\end{minipage}
\end{center}
\end{figure}

Как видно, всё достаточно легко и просто. Не забываем проставлять нужные размеры minipage и рисунков, периодически посматривая на результат в kdvi и корректируя код по ходу дела.  


Три рисунка с индивидуальными ссылками
Вариация на тему предыдущего случая, но через subfigure. При этом можно ссылаться на под-рисунки отдельными ссылками, например "см. Рис~\ref{fig:actuatorscouplingSheme_decoupledcase} будет отображено как "Рис 2(а)". Добавляем в преамбулу:

\usepackage{subfigure}

и далее вставляем этот код: 

\begin{figure}[ht!]  
\vspace{-4ex} \centering \subfigure[]{
\includegraphics[width=0.25\linewidth]{actuatorscouplingSheme_decoupledcase.eps} \label{fig:actuatorscouplingSheme_decoupledcase} }  
\hspace{4ex}
\subfigure[]{
\includegraphics[width=0.25\linewidth]{actuatorscouplingSheme_nearestcoupledcase.eps} \label{fig:actuatorscouplingSheme_nearestcoupledcase} }
\hspace{4ex}
\subfigure[]{ \includegraphics[width=0.24\linewidth]{actuatorscouplingSheme_nearestcoupled_and_diag_case.eps} \label{fig:actuatorscouplingSheme_nearestcoupled_and_diag_case} }  
\caption{Coupling cases for the DM models: \subref{fig:actuatorscouplingSheme_decoupledcase} decoupled case; \subref{fig:actuatorscouplingSheme_nearestcoupledcase} coupling between the closest neighbours; \subref{fig:actuatorscouplingSheme_nearestcoupled_and_diag_case} coupling between the closest neighbour and diagonally adjacent actuators.} \label{fig:threeDMcases}
\end{figure}

В итоге мы получим вот что:

Так что теперь в тексте можем ссылаться отдельно на рисунок 2а, 2b или 2c с помощью команды \ref{}. На самом деле, subfigures умеют намного больше.


Три рисунка разной высоты
Иногда случается такая партизанская засада, как разномасштабные рисунки, которые под один размер подгонять нехорошо по смыслу, и нужно сделать так, чтобы подписи к ним были в одну строчку. Иначе получается некрасиво: буквы под рисунками в разных положениях. Я не претендую на истину в последней инстанции, но вот выход, который я нашёл для себя:

\begin{figure}[H]
\begin{minipage}[h]{0.32\linewidth}
\center{\includegraphics[width=0.8\linewidth]{image}}
\end{minipage}
\hfill
\begin{minipage}[h]{0.32\linewidth}
\center{\includegraphics[width=0.4\linewidth]{image}}
\end{minipage}
\hfill
\begin{minipage}[h]{0.32\linewidth}
\center{\includegraphics[width=0.9\linewidth]{image}}
\end{minipage}
\begin{minipage}[h]{1\linewidth}
\begin{tabular}{p{0.32\linewidth}p{0.32\linewidth}p{0.32\linewidth}}
\centering а) & \centering б) & \centering в) \\
\end{tabular}
\end{minipage}
\vspace*{-1cm}
\caption{Процесс кодирования: а) оригинальное изображение, б) ФРТ киноформа, в) закодированное изображение.}
\label{ris:correlationsignals}
\end{figure}

Как это выглядит в документе:

Здесь игра в том, что после всех окружений minipage, в которых вставлены картинки, идёт отдельная minipage. В ней - таблица, ширина колонок которой точно такая же, как и ширина minipage для картинок. Вот, собственно, код:

\begin{minipage}[h]{1\linewidth}
\begin{tabular}{p{0.32\linewidth}p{0.32\linewidth}p{0.32\linewidth}}
\centering а) & \centering б) & \centering в) \\
\end{tabular}
\end{minipage}

Я немного забегаю вперёд и использую таблицы, которые будут описываться в другом разделе, но думаю, что человек с высшим образованием без труда переведёт слово tabular.


Рисунок с обтеканием текста в LaTeX
В дипломах такие фокусы не приветствуются, но если очень нужно - делается сравнительно просто пакетом расширения wrapfig. Для это подключаем этот пакет в преамбуле \usepackage{wrapfig}.

После этого у нас появляется замечательная возможность продемонстрировать свою невероятную оформительскую крутизну, используя окружение \begin{wrapfigure}...\end{wrapfigure}, когда нужно сделать обтекание рисунка:

\begin{wrapfigure}[16]{r}{0.5\linewidth} 
\vspace{-5ex}
\includegraphics[width=\linewidth]{image}
\caption{Some caption}
\label{fig:somelabel}
\end{wrapfigure}

Подсвеченные параметры означают: 

[16] - определяет высоту рисунка в число строк текста и позволяет отбить дополнительное место для рисунков. 

{r} - положение картинки на странице, можно слева {l} или справа {r}. 
{0.5\linewidth} - ширина картинки в относительных единицах от ширины линии.

Тонкий момент: на самом деле, параметр положения рисунка на странице можно писать с маленькой буквы (слева {l} или справа {r}), но это заставляет ЛаТеХ поместить изображение именно там, где вы прикажете. Если же ставить большие буквы (слева {L} или справа {R}), то это даст больше свободы ЛаТеХу.

Ещё тонкость в том, что автоматика может сделать слишком много (или мало) места в верхней или нижней части обтекаемого рисунка. Вот тут нам поможет дополнительный аргумент [lineheight], который в данном примере задан как [16]. Он-то определяет высоту рисунка в строках текста. Другой возможностью является добавление или удаления промежутков с помощью команды \vspace и данном примере \vspace{-5ex} ЛаТеХу приказывается сместить картинку немного вверх, чтобы выиграть место для текста.

Сквозная нумерация рисунков в LaTeX

Часто требуется, чтобы номер рисунка содержал в себе номер главы (вроде Рис. 1.1). Чтобы была сделана нумерация по главам, достаточно изменить счётчик рисунков в преамбуле документа вот так:

\renewcommand{\thefigure}{\thechapter.\arabic{figure}}

Обратите внимание на красную точку - она должна присутствовать. Можно изменить способ, которым формируются счётчики, с помощью следующих команд:

• \arabic{page} 4
• \roman{page} iv
• \Roman{page} IV
• \alph{page} d
• \Alph{page} D

Больше узнать о счётчиках можно тут.

Выводы

Вставка изображений в ЛаТеХ - дело очень простое, и оно сэкономит вам много нервных клеток для более важных дел. Важно то, что со временем эти конструкции у вас войдут в привычку, и однажды написанный код начнёт кочевать из работы в работу.