整理一下关于LaTeX中插入图片的笔记。

目前使用的发行版为 TexLive 2024，系统为 Windows 和 Linux（Ubuntu22）。 只考虑 pdflatex 和 xelatex 这两种编译引擎，考虑的图片格式包括：矢量图（pdf, eps），位图（png, jpg）。 两种编译引擎都直接支持这些图片格式。

插入图片

LaTeX 本身不支持插图功能，需要 graphicx 宏包提供支持（或者更基础的 graphics 宏包，graphicx 宏包相当于其扩展） 

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\usepackage{graphicx}

导入这个宏包之后，就可以使用 \includegraphics 命令来插入图片 

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\includegraphics[⟨options⟩]{⟨filename⟩}

例如 

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\includegraphics{example.png}
\includegraphics{figure/example.png}

这里的图片文件名可以用相对路径或绝对路径表示，但是文件名里既不要有空格或其它特殊符号，否则宏包在解析文件名的过程中会出错。 图片文件的后缀名一般可以省略不写，编译时会自动补充。

在省略图片文件后缀时，如果存在多个仅后缀不同的图片文件，显然有具体的查找顺序，测试发现似乎会优先选择pdf格式。 对于eps格式的图片，因为涉及到自动转换为pdf格式，所有省略后缀与否可能对pdflatex的编译产生明显影响。

完整示例如下 

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\documentclass{article}
\usepackage{graphicx}

\begin{document}

\noindent
\includegraphics[width=0.5\textwidth]{figure/demo}

\end{document}

graphicx 宏包提供了 \graphicspath 命令，用于声明图片文件的存放目录，在搜索图片时会自动去这些目录中寻找，例如 

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\graphicspath{{./figure/}{./figures/}{./image/}{./images/}{./graphic/}{./graphics/}}

这些目录是常见的存放图片的目录，即使目录不存在也不会报错。

\includegraphics 命令支持如下几个常见选项：

  • width=⟨width⟩：将图片缩放到宽度为 ⟨width⟩
  • height=⟨height⟩：将图片缩放到高度为 ⟨height⟩
  • scale=⟨scale⟩：将图片相对于原尺寸缩放 ⟨scale⟩ 倍
  • angle=⟨angle⟩：将图片逆时针旋转 ⟨angle⟩ 度

例如 

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% 将图片缩放到宽度为文本宽度的一半，并逆时针旋转 45 度
\includegraphics[width=0.5\textwidth, angle=45]{example.png}

指定宽度是最常见的需求，例如width=0.8\textwidth代表将图片宽度缩放到 80% 的文本宽度。

graphicx 宏包支持草稿选项：当 graphicx 宏包或文档类指定 draft 选项时，图片将不会被实际插入，取而代之的是一个包含文件名的与原图片等大的方框，这有助于加速编译。

浮动体

\includegraphics 命令只能就地插入图片，但是正文中可能包含许多图片和表格等内容，这些内容的尺寸往往太大，导致排版困难。 LaTeX 为此引入了浮动体的机制，对浮动体的排版允许脱离原始的上下文，自动填入合适的位置。

LaTeX 预定义了两类浮动体环境：figure 和 table。 习惯上在 figure 中放置图片，在 table 中放置表格，但并没有严格限制，实际上可以在其中放置任意内容。 两种浮动体环境的用法类似，本文只讨论 figure 环境。

figure环境被用来包裹最基本的命令，得到浮动的图片，例如 

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\begin{figure}[htbp]
    \centering
    \includegraphics[width=0.8\textwidth]{demo.png}
\end{figure}

习惯上对于浮动图片都会使用\centering命令使图片水平居中放置。

浮动体的使用主要是如下的几个浮动规则参数：

  1. h (here)：允许放置在当前上下文位置
  2. t (top)：允许放置在当前页或后续页面的顶部
  3. b (bottom)：允许放置在当前页或后续页面的底部
  4. p (page)：允许放置在一个独立页面中

我们可以选择开启其中的部分规则，例如[hbp]就指定允许基于这三种规则来放置浮动体，默认设置为tbp。

可以在选项中加上!来忽略LaTeX对浮动体排版的默认限制，默认限制包括：

  • 浮动体个数：除单独成页外，默认每页不超过 3 个浮动体，其中顶部不超过 2 个，底部不超过 1 个。
  • 浮动体空间占页面的百分比：默认顶部不超过 70%，底部不超过 30% 。

需要注意的是：在实际排版时，对浮动体放置规则的选择顺序是固定的（h-t-b-p），与写法无关，例如[!htp] 和 [ph!t]是完全一样的。

在双栏排版环境下，LaTeX 还提供了 table* 和 figure* 环境用来排版跨栏的浮动体，它们的用法与 table 和 figure 类似，不同之处为横跨双栏的浮动体只允许使用tp 两个规则。

float 宏包为浮动体环境提供了 H 位置参数，不要与 htbp 及 ! 混用。使用 H 位置参数时，会取消浮动机制，将浮动体视为一般的盒子插入当前位置。

浮动体提供了 \caption 命令添加标题，此时会自动给浮动体编号，\caption 命令之后还可以紧跟 \label 命令标记交叉引用。 例如 

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\begin{figure}[htbp]
    \centering
    \includegraphics{demo.png}
    \caption{Title}\label{fig:1}
\end{figure}

一个值得注意的细节：\caption 命令的位置也比较重要：

  • 如果 \caption 命令放在 \includegraphics 命令之前，则标题在图片上方；
  • 如果 \caption 命令放在 \includegraphics 命令之后，则标题在图片下方。

习惯上，图片的标题建议放置在图片下方，而表格的标题建议放置在表格上方。

与编号的\caption命令类似，\caption* 命令会生成不带编号的标题，但是这个命令是caption宏包提供的。

插入浮动图片

在前面两节的基础上，就可以得到一些实践中可以直接使用的插入图片的代码片段了。

  • 不含标题的图片 

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    \begin{figure}[htbp]
        \centering
        \includegraphics[width=0.8\textwidth]{demo.png}
    \end{figure}

  • 含有标题和标签的图片 

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    \begin{figure}[htbp]
        \centering
        \includegraphics[width=0.8\textwidth]{demo.png}
        \caption{Results}\label{fig:result1}
    \end{figure}

多个子图

我们时常有在一个浮动体里面放置多张图的用法（通常是并列子图），有非常多的方法可以实现这样的效果，有的不依赖宏包，有的依赖宏包。

第一种方案如下，直接在一个浮动体中使用两次\includegraphics命令，在两个图片之间需要指定间距 

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\begin{figure}
    \centering
    \includegraphics[width=...]{a.jpg}
    \hspace{1in} % or \qquad
    \includegraphics[width=...]{b.jpg}
    \caption{Demo}
\end{figure}

但是这种方案只能使用一个\caption命令，只有一个图片标题（和标签），对两个宽度和间距需要具体调整。

第二种方案如下，创建两个minipage环境，此时两个图片可以有独立的标题和标签 

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\begin{figure}
    \begin{minipage}{...}
        \centering
        \includegraphics[width=...]{a.jpg}
        \caption{Demo 1}\label{fig:a}
    \end{minipage}
    \begin{minipage}{...}
        \centering
        \includegraphics[width=...]{b.jpg}
        \caption{Demo 2}\label{fig:b}
    \end{minipage}
\end{figure}

这种方案也比较麻烦，需要控制很多的宽度。

上面两种方案看起来都太原始了，当我们需要更进一步，给每个图片定义小标题时，就要通过 subcaption 宏包实现。 

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\usepackage{subcaption}

实际上有很多宏包可以实现多个子图的功能，例如subfigure（版本过旧，被弃用），subfig和subcaption。这些宏包相互之间是冲突的，有的版本过旧已经被舍弃，目前只建议使用subcaption。

使用 subcaption 宏包可以给每个子图定义单独的标题和标签，子图的编号与父图的编号具有上下级关系，例如Fig. 3.1(a)。

使用 subcaption 宏包的代码片段如下 

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\begin{figure}[htbp]
    \centering
    \begin{subfigure}[b]{0.47\textwidth}
        \centering
        \includegraphics[width=\textwidth]{a.png}
        \caption{Demo a}\label{fig:subfig-a}
    \end{subfigure}
    \hfill
    \begin{subfigure}[b]{0.47\textwidth}
        \centering
        \includegraphics[width=\textwidth]{b.png}
        \caption{Demo b}\label{fig:subfig-b}
    \end{subfigure}
    \caption{Demo}\label{fig:example}
\end{figure}

其中的\hfill命令会插入弹性的水平间距，比固定的\qquad更合适。

虽然subfigure宏包已经被弃用了，但是鉴于我之前使用过，还是记录一下对应的代码片段。 

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% \usepackage{subfigure}

\begin{figure}[htbp]
    \centering
    \subfigure[Demo a]{
        \includegraphics[width=7.25cm]{a.png}
    }
    \subfigure[Demo b]{
        \includegraphics[width=7.25cm]{b.png}
    }
    \caption{Demo}\label{fig:1}
\end{figure}

补充

关于pdflatex插入eps图片

pdflatex 对于 eps 格式图片的处理比较特殊：

  • 以前很长一段时间都需要依赖 epstopdf 宏包；
  • 在较新的发行版中，不再需要我们手动导入这个宏包，可以直接插入eps图片。（lshort-zh-cn）

但是测试发现，使用pdflatex插入eps图片的处理非常麻烦，很容易出现问题，

例如TexLive2023，在Windows上，使用pdflatex插入eps图片时，必须导入epstopdf这个包（或者hyperref测试发现也可以）， 在编译时加上-shell-escape编译选项，否则会出现编译失败。 这个问题在网上也有出现，例如TeXLive2023 pdflatex编译eps图像，出现错误的问题。 换成TexLive2024，或者换成Linux，或者换成xelatex，这个现象都不会发生。

可以使用下面的办法来绕过这类使用情景：

  • 更换编译引擎：相比于pdflatex，xelatex对于图片的支持要好得多，无须加入专门的宏包，在各个系统中都可以直接使用，并且带不带.eps后缀没有影响。
  • 更换图片格式：将eps格式图片手动转换成pdf格式其实是最简单的办法，可以直接使用epstopdf命令（TexLive提供）在命令行中完成图片的格式转换。 
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    # demo.eps -> demo.pdf
    epstopdf demo.eps

pdflatex实际上在编译时会尝试执行类型转换，自动在demo.eps图片所在目录生成demo-eps-converted-to.pdf，前面说的问题就出在这个环节。

当然，最好的方法就是不要纠结BUG，直接卸载TexLive 2023，安装最新的TexLive 2024。