LaTeX插入其他PDF中的矢量图

引子：矢量图

$\LaTeX$的使用者，常常会遇到插入图表的情形。TikZ是非常常用的图表工具，但是用TikZ绘图的难度可能比较高，有些时候，诸如Matlab，pyplot之类的工具可能用起来会更加方便。

一个解决方法是导出成png。png算是最通用的，也是支持特性最多的图像格式。相比于jpg等格式，其支持透明背景的特性能够更好地在高级排版中运用。

但是png格式有一个问题。其储存的图像是以标量图的形式展现的。这就导致其经不起放大。远看PNG图像没有什么问题，但放大之后就会出现锯齿。

标量图与矢量图

至于什么是标量图，什么是矢量图，这要从图像的存储结构说起。具体的实现会比较复杂，我们就从他们是怎样显示的，简要对比其中的区别。

你的显示屏，其实是由很多个像素点构成的长方形点阵。如果你凑近看，你能看见色彩斑斓的像素点。每个像素点上显示什么，是由你的显示卡来处理生成的。很容易就能够想到，这种点阵上，不同斜率上的点的距离是不同的。比如45度的斜线，他的点之间的距离就是横向和纵向排列的1.4倍。而如果是更普遍的角度，可能整个显示屏上都不存在能排列在同一条直线上的点。这样的绘图方式对于人眼是难以接受的。

因此，我们采用了一些近似的算法，来让线条看上去是那样的。如果你玩过旧主机，或是像素风的游戏，就能够体会到这一点。当代的算法会高级许多，通过插值模拟的方法，这些算法能让你的显示看起来更平滑。

标量图的原理和显示屏相同。他们储存的是点阵。计算机在显示标量图的时候，因为不清楚图像的实际内容是怎么产生的，因此只能以上图左边的形式，把像素放大到你需要的大小。

而矢量图则不同。矢量图存储的是一系列描述如何显示你需要的图像的指令。计算机直接向图形卡发送绘图的指令，因此图形卡能够直接按照你的显示器尺寸绘制响应的图形。比如你计算机上安装的字体，就是一种矢量图。上面的图片右边的abc看起来很好看，但如果你把这张图放大，最后也能看见像左图一样的插值色块。但文字‘abc’，你把网页缩进到再大，换再高清的屏幕，显示效果都是同样地好。因为你无论如何缩进，文字都是由图形卡来绘制的。而图形卡的高级特性，能够使你看见其设计上最清晰的内容。

我把标量图分辨率调高，不就行了吗？

这又是另一个问题。调高图片的分辨率，看上去显示效果很好，但这样的图形缩小后的显示效果不太好。同样，因为不清楚图像的实际内容是怎么产生的，对于更小的像素，也只能够通过平均的方法来展示。这样的展示方式通常情况下问题不大，但仍然会出现模糊、虚化的问题。尤其在字体上。上图的两个文字，你如果走远一点，或把眼睛眯起来看，就会发现他们的形状是有差异的。

就算你经过精心选择，找到了完美的图片分辨率（比如说直接截屏），打印的效果也与显示不同。

就算是很好的显示屏，比如15英寸4K屏，每一个英寸中能排列的像素点也不到300个。而以笔者20年前的激光打印机为例，每个英寸都能打印1200个像素点。这种素质称为DPI/PPI，是由设备的特性决定的。打印机同样是一种显示设备，不过他将内容显示到纸张上。因为显示原理上的不同，打印机能够很高效地提高显示的素质，而显示屏则受制于屏幕与半导体技术。你会发现，打印机打出来的字几乎像是从模子里印出来的一样，就是这个原理。

因此，能够使用矢量图的时候，就尽量不使用标量图，是每一个使用$\LaTeX$，对排版有着高标准的人都应该具备的策略。

很多图表工具，比如Matlab，pyplot，都能够将结果以矢量图的形式输出。目前笔者常用的是eps格式，不需要额外调包，而且调节大小都支持。eps，即封装PostScript。PostScript是一种打印机图形描述文件，但支持这种文件的打印机很少，使其真正广泛应用的则是PDF，PostScript的后继者。

这就出现了一个问题。其他的PDF里面也有我需要的矢量图，如何将其截取出来呢？截屏显然是一个错误答案。

从PDF中导出图形eps

这里需要使用一个工具：Inkscape。Inkscape是绘制矢量图的开源工具，支持多种平台。

• 安装后新建文档，选择导入
• 打开需要截取的PDF，找到有需要的图形的那一页，进行导入。如果你的电脑字体安装不全，建议使用从Poppler/Cairo导入。
• 选取需要的图形后，使用编辑-反选，并删去其他页面上的内容。
• 选择文件-另存为，文件格式选择eps格式。文字输出选项可以自行调节。
• 这样需要的图形就被导出为eps格式了。如果你选择了“创建LaTeX文件”选项，还会有一个eps_tex后缀的文件生成。这种方式可以使用LaTeX来处理图形中的字体。

导入LaTeX

前者可以直接用\includegraphics导入。例如：

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% \usepackage{graphicx}
% \usepackage{transparent}
% \usepackage{color}

\includegraphics{example.eps}

\begin{figure}
	\includegraphics[width=0.6\textwidth]{example.eps}
	\caption{Example} \label{example}
\end{figure}

如果你输出的是eps_tex文件，那么导入的方式需要更改。

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% \usepackage{graphicx}
% \usepackage{transparent}
% \usepackage{color}

\input{example.eps_tex}

\begin{figure}
	\def\svgwidth{0.6\textwidth}
	\input{example.eps_tex}
	\caption{Example} \label{example}
\end{figure}