全程快捷鍵！硬核小哥超快配圖1700頁(yè)數(shù)學(xué)筆記，教你上手LaTeX+Inkscape

曉查 乾明 2019-04-29 14:27:03 來(lái)源：量子位

邊策 乾明 發(fā)自 凹非寺
量子位 報(bào)道 | 公眾號(hào) QbitAI

之前，我們介紹了一位神奇的本科生，他在數(shù)學(xué)課上用Vim+LaTeX，全程手打出1700頁(yè)課堂筆記，速度直追老師的板書。

現(xiàn)在，這位Gilles小哥又開課了，上次他只教了大家手打公式的方法，這次他展示了數(shù)學(xué)筆記里的畫圖技巧。

他用到的神器是Inkscape+LaTeX，再加上自定義的快捷鍵，一個(gè)Ctrl+F，直接完成原來(lái)的六個(gè)步驟。

讓你在電腦上畫圖也能追得上老師。

無(wú)論是復(fù)分析、微分幾何、電動(dòng)力學(xué)，還是小哥目前正在準(zhǔn)備的橢圓曲線畢業(yè)論文，都能用這些神器輕松搞定。

為何選擇Inkscape

小哥說(shuō)，其實(shí)不用圖形軟件，他也能畫圖。

給LaTeX文檔添加圖形可以用TikZ。用TikZ繪制一個(gè)向量A的圖形只需要5行代碼：

\begin{tikzpicture}
\coordinate?(A)?at?(1,?3);
\draw[thick,?->]?(0,?0)?—?(A);
\node[above?right]?at?(A)?};
\end{tikzpicture}

運(yùn)行以上代碼就畫出矢量A的圖形。（注，A應(yīng)等于(1,3) ,原文錯(cuò)誤。）

TikZ優(yōu)點(diǎn)是繪制圖形只需要寫代碼。但是它的缺點(diǎn)也在于此，因?yàn)槭谴a所以無(wú)法實(shí)時(shí)看到圖像，運(yùn)行代碼的速度也會(huì)比較慢。

因此，用一個(gè)能實(shí)時(shí)繪圖的軟件Inkscape比TikZ方便很多。

Inkscape是一個(gè)開源的矢量圖形編輯器，Linux、Windows、Mac平臺(tái)都可以使用。雖然比Adobe Illustrator功能少，但是勝在免費(fèi)。

圖形軟件Inkscape與LaTeX代碼并不沖突，Inkscape仍具有LaTeX的排版功能。

下面開始介紹如何把Inkscape和LaTeX兩件武器結(jié)合起來(lái)。

TikZ優(yōu)點(diǎn)是繪制圖形只需要寫代碼。但是它的缺點(diǎn)也在于此，因?yàn)槭谴a所以無(wú)法實(shí)時(shí)看到圖像，運(yùn)行代碼的速度也會(huì)比較慢。

因此，用一個(gè)能實(shí)時(shí)繪圖的軟件Inkscape比TikZ方便很多。

Inkscape是一個(gè)開源的矢量圖形編輯器，Linux、Windows、Mac平臺(tái)都可以使用。雖然比Adobe Illustrator功能少，但是勝在免費(fèi)。

圖形軟件Inkscape與LaTeX代碼并不沖突，Inkscape仍具有LaTeX的排版功能。

下面開始介紹如何把Inkscape和LaTeX兩件武器結(jié)合起來(lái)。

給LaTeX文檔加上圖形

Inkscape可以選擇使用LaTeX渲染圖形中的文本，只需在保存時(shí)把圖形導(dǎo)出為pdf和LaTeX文件。

其中，pdf文檔包含剝離了文字的圖形，LaTeX文件則包含了將文字放在正確位置所需的代碼。

如果我們要在LaTeX中插入下面這張圖：

需要轉(zhuǎn)到“文件”→“另存為”，選擇pdf作為擴(kuò)展名。然后點(diǎn)擊保存，會(huì)彈出以下對(duì)話框：

選擇“Omit text in PDF and create LaTeX file”（在pdf中省略文本并創(chuàng)建LaTeX文件），將圖形保存為pdf+LaTeX。

假設(shè)生成的文件都存儲(chǔ)在figures文件夾下，最后生成的目錄應(yīng)該像這樣：

figures/
????figure1.pdf_tex
????figure1.svg
????figure1.pdf

要在LaTeX文檔中插入Inkscape圖形，只要在開頭加入以下代碼：

\usepackage{import}
\usepackage{xifthen}
\usepackage{pdfpages}
\usepackage{transparent}

\newcommand{\incfig}[1]{%
\def\svgwidth{\columnwidth}
\import{./figures/}{#1.pdf_tex}
}

假設(shè)圖形的路徑是figures/riemmans-theorem.svg，輸入以下代碼將圖片插入文檔中：

\begin{figure}[ht]
\centering
\incfig{riemmans-theorem}
\caption{Riemmans?theorem}
\label{fig:riemmans-theorem}
\end{figure}

編譯上面的文檔，就獲得插入圖形的LaTeX排版結(jié)果：

上面的圖形文本由LaTeX渲染，可以根據(jù)需求更改字體，圖形也會(huì)相應(yīng)地更新：

也就是說(shuō)用Inkscape繪制的圖形，仍然保留的LaTeX的排版功能

快速創(chuàng)建包含圖形的LaTeX文檔

上面的步驟顯然過(guò)于繁瑣，如果在做課堂筆記的時(shí)候，急急忙忙打開Inkscape，搜索目錄在插入圖形，肯定是跟不上節(jié)奏的。

要知道Gilles小哥可是能同步跟上老師板書的大神，所以他還有“快捷方式”的秘技。

Gilles用一個(gè)自定義的Ctrl+F快捷鍵，把上面的步驟簡(jiǎn)化為一鍵搞定。

Ctrl+F背后的腳本應(yīng)該滿足下面六個(gè)要求：

1、根據(jù)LaTeX文件的位置查找圖形目錄；

2、然后檢查是否存在具有相同名稱的圖形（與pdf_tex文件同名的svg文件）；

3、如果沒(méi)有同名文件，圖形模板將被復(fù)制到圖形目錄下；

4、將包含圖形標(biāo)題的當(dāng)前行替換為插入圖形的LaTeX代碼；

5、在Inkscape中打開新圖；

6、設(shè)置文件觀察器，每當(dāng)通過(guò)按下Ctrl+S將圖形保存為svg文件時(shí)，也自動(dòng)保存為pdf+LaTeX，讓之前的保存對(duì)話框不再?gòu)棾觥?/p>

Gilles已經(jīng)給出了在VimTeX中的設(shè)置：

inoremap <C-f> <Esc>: silent exec '.!inkscape-figures create "'.getline('.').'" "'.b:vimtex.root.'/figures/"'<CR><CR>:w<CR>

nnoremap <C-f> : silent exec '!inkscape-figures edit "'.b:vimtex.root.'/figures/" > /dev/null 2>&1 &'<CR><CR>:redraw!<CR>下面感受一下實(shí)際效果：

下面感受一下實(shí)際效果：

按下Ctrl+F，LaTeX開頭插入圖形的代碼部分自動(dòng)完成。

如果想編輯一個(gè)圖形，可以按下Ctrl+F打開一個(gè)選擇對(duì)話框，搜索當(dāng)前文檔中的圖形。選擇其中一個(gè)后，它會(huì)顯示Inkscape中的圖形。保存圖形時(shí)，會(huì)將插入圖形的代碼復(fù)制到剪貼板。

這些快捷方式使得添加和打開圖形變得輕而易舉，不必記每次手動(dòng)將圖形保存為pdf+LaTeX格式。具體的腳本可以去GitHub項(xiàng)目頁(yè)下載，地址附在文末。

繪制圖形

小哥說(shuō)，在大多數(shù)情況下，用Inkscape來(lái)繪制圖形，要比使用TikZ要快得多。

但是與手工繪制相比，還是要慢很多，就算用上Inkscape內(nèi)置的快捷方式能夠加快速度，但也很難達(dá)到目標(biāo)。

因此，小哥用Python編寫了一個(gè)定制的快捷方式管理器，來(lái)完全控制每個(gè)按鍵的“解釋”方式。

他說(shuō)，這給自己畫圖帶來(lái)了很大的靈活性。

繪制形狀

從Inkscape內(nèi)置的鍵盤快捷鍵開始說(shuō)起。比如說(shuō)，按下R，可以激活矩形繪制工具，E可以用來(lái)繪制橢圓等等。

就實(shí)現(xiàn)而言，這意味著快捷方式管理器會(huì)“重播”這些“鍵盤事件”，也就是說(shuō)，將它們傳遞到Inkscape中，然后執(zhí)行命令。

在小哥的設(shè)定中，用W和F替代了Inkscape默認(rèn)的鉛筆快捷鍵和曲線工具的快捷鍵P和B。

他說(shuō)，在自己右手使用鼠標(biāo)的時(shí)候，使用這些快捷鍵的會(huì)更舒服、更順手一些。

基于用左手按快捷鍵的思路，他還將Z鍵設(shè)定為“取消”，Shift+Z設(shè)定為“刪除”，X設(shè)定為很難按到的%等等。

組合鍵與常用樣式

設(shè)定繪圖樣式， 是小哥使用Inkscape做的第二件事。他用來(lái)繪圖樣式很簡(jiǎn)單：

• 形狀，比如矩形或者圓形，多為黑色、淺灰色、白色或透明的，在操作的時(shí)候，可以選擇輪廓的線條。
• 線條（包括輪廓）大多是實(shí)線、點(diǎn)線或虛線。它們有些非常寬，有些也帶著箭頭。

整體如下圖所示：

這些繪圖的樣式是小哥經(jīng)常用到的，他希望能夠快速調(diào)用起來(lái)。但是，使用Inkscape的快捷方式太麻煩了，需要很長(zhǎng)的時(shí)間。比如，將下面的圓和方框的樣式從黑色實(shí)邊轉(zhuǎn)換成灰色虛邊：

你需要按下Ctrl+Shift+F打開樣式面板，然后通過(guò)鼠標(biāo)點(diǎn)擊相應(yīng)的按鈕，來(lái)改變每個(gè)對(duì)象的樣式。而且，在Inkscape的快捷方式設(shè)定中，根本無(wú)法通過(guò)鍵盤做到這一點(diǎn)。

小哥認(rèn)為，這太討人嫌了。理想情況下，完成這一操作應(yīng)該只需要幾分之一秒。

這就是組合鍵發(fā)揮作用的地方。一個(gè)組合鍵就是一個(gè)快捷方式，有兩個(gè)或多個(gè)按鍵組成。

比如，小哥同時(shí)按下S和F的時(shí)候，他的快捷方式管理器，就會(huì)對(duì)選定的對(duì)象使用實(shí)線筆畫并進(jìn)行灰色填充。想要筆劃變粗？同時(shí)按下S+F+G就行了。

在這樣的設(shè)定下，每個(gè)樣式屬性，都對(duì)應(yīng)一個(gè)按鍵：S代表正常筆劃，F代表灰色填充，G代表加粗，A代表加粗，D代表點(diǎn)線等等。

這些表格中的某些樣式只響應(yīng)一個(gè)鍵，比如左上角的樣式：F代表只填充灰色而不改變筆劃。這可能帶來(lái)快捷鍵沖突的問(wèn)題。

比如按F也是用來(lái)調(diào)用曲線工具的快捷鍵。解決方式是空格+F，用空格來(lái)充當(dāng)一個(gè)占位符。

使用這些組合鍵，之前的問(wèn)題可以通過(guò)按幾個(gè)鍵來(lái)解決了：

F+S，能夠使矩形變成灰色，并應(yīng)用實(shí)線邊框。

F+H+E代表填充灰色和使用非常粗的虛線。

A+G+D則是增加箭頭，并應(yīng)用點(diǎn)線樣式。

添加文本

繪圖的另一個(gè)重要部分是添加文本。圖形中通常會(huì)包含數(shù)學(xué)公式，小哥就想著能夠使用自己在Vim里面設(shè)定好的“代碼片段”。

為了實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，他設(shè)定按T來(lái)打開一個(gè)小的Vim窗口，在這里可以輸入LaTeX代碼。在退出的時(shí)候，可以在Inkscape中插入一個(gè)文本節(jié)點(diǎn)：

正如上文所述，在文檔中插如圖時(shí)，可以用LaTeX來(lái)輸入文本。如果想要立即插入文本怎么辦？小哥說(shuō)，可以用Shift+T來(lái)做到這一點(diǎn)：

這兩種選擇各有優(yōu)缺點(diǎn)。小哥主要選擇第一種方法， 因?yàn)槲谋臼怯蒐aTeX文檔呈現(xiàn)的。

這意味著字體將始終匹配，并且可以使用文檔中定義的宏。然而，一個(gè)缺點(diǎn)是文本的定位有時(shí)有點(diǎn)困難。

由于在Inkscape上很難看到最終結(jié)果，有時(shí)需要從Inkscape跳轉(zhuǎn)到PDF閱讀器上看結(jié)果，然后再回來(lái)微調(diào)。

保存和較少使用的樣式

雖然組合鍵能夠滿足90%的使用需求。但小哥有時(shí)候還想玩點(diǎn)新花樣：使用自定義的樣式。

比如繪制光學(xué)領(lǐng)域的圖形，就需要一個(gè)玻璃和射線的樣式了。想要實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，首先要在Inkscape 使用默認(rèn)的快捷方式創(chuàng)建樣式：

選擇其中的一個(gè)對(duì)象，然后按下Shift+S就可以保存這些樣式了。然后鍵入新樣式的名稱，比如“glass”，然后按回車鍵確認(rèn)，之后就可以使用它了。

之后，只需要選擇一個(gè)對(duì)象，按下S，并鍵入“glass”，就可以將相應(yīng)的樣式應(yīng)用到這一對(duì)象上。而且，也沒(méi)必要輸入全名，如果“g”沒(méi)有其快捷鍵，只需要輸入“g”就行了，如果有，可以輸入“gl”或者“gla”。

添加和保存對(duì)象

在小哥的設(shè)置中，最后一個(gè)部分是添加和保存對(duì)象。他說(shuō)，自己可以用A來(lái)添加，然后用Shift+A來(lái)保存。例如，按A并輸入“ec”，會(huì)添加一個(gè)橢圓曲線：

另一個(gè)例子是，按A并輸入“dg”，會(huì)添加一個(gè)“鍵孔”，也可以使用“Ctrl+-”從給定的形狀對(duì)其進(jìn)行細(xì)分：

此外，還有一些圖像涉及到2D和3D軸圖像，在復(fù)分析以及微分幾何中，會(huì)經(jīng)常用到。

如果你想親自嘗試一下，你可以在這里下載Inkscape：

https://inkscape.org/

可以在GitHub上找到小哥管理圖形的腳本，鏈接：

https://github.com/gillescastel/inkscape-figures

以及，小哥的Inkscape快捷方式管理器，鏈接：

https://github.com/gillescastel/inkscape-shortcut-manager

不過(guò)，這兩個(gè)腳本，都只能在基于Linux的系統(tǒng)上工作。

小哥說(shuō)， 第一個(gè)腳本應(yīng)該可以開箱即用，而第二個(gè)腳本可能不行。

最后附上原博客地址：

https://castel.dev/post/lecture-notes-2/#