LaTeX-Gleichungen in Abbildungen für wissenschaftliche Paper

Wer ein Paper schreibt — eine Dissertation, ein arXiv-Preprint, eine IEEE-Einreichung oder einen Workshop-Beitrag — steht häufig vor der Situation, dass eine Abbildung sowohl ein Diagramm als auch eine typgesetzte Gleichung enthalten soll. Ein bewährter Ansatz kombiniert dafür mehrere Tools: eine Diagrammanwendung für die grafische Darstellung, einen LaTeX-Renderer für die Gleichung und einen abschließenden Kompositionsschritt. Das funktioniert gut und viele exzellente Abbildungen entstehen so — der Nachteil ist, dass die Gleichung danach nicht mehr aus derselben Datei heraus bearbeitbar ist. Wer später einen einzelnen Index korrigiert, muss den Render-Schritt erneut durchlaufen.

drawtonomy ist eine Alternative, die beides auf demselben Canvas vereint. Diagramm und Gleichung liegen in derselben Vektordatei, und die Gleichung bleibt als bearbeitbarer LaTeX-Quelltext erhalten — bis man sich bewusst dagegen entscheidet.

$Maxwellsche Gleichungen als align-Umgebung mit Gleichungsnummern (1)–(4), direkt auf dem drawtonomy-Canvas$

Ein typgesetztes Gleichungssystem (Maxwellsche Gleichungen), mit KaTeX auf dem drawtonomy-Canvas gerendert. Der Block ist eine einzelne bearbeitbare Form — Doppelklick öffnet den LaTeX-Quelltext wieder.

Einordnung unter den verfügbaren Tools

Jedes der folgenden Tools ist für seinen Zweck hervorragend geeignet — drawtonomy ist lediglich auf eine andere Kombination von Anforderungen ausgelegt: ein Canvas, auf dem Diagramm und Gleichung gemeinsam bearbeitbar sind.

PowerPoint / Keynote sind die universelle Wahl für Präsentationen und viele schnelle Abbildungen. Beide verfügen über integrierte Gleichungseditoren, die praktisch sind, das LaTeX jedoch nicht als weiterbearbeitbares Quellformat erhalten.
Inkscape / Illustrator bieten hervorragende Vektorkontrolle; viele fertige Paper-Abbildungen werden dort poliert. Kommt die Gleichung aus einem separaten LaTeX-Renderer, lebt deren Quelltext in einer eigenen Datei, die parallel zur Abbildung gepflegt werden muss.
Excalidraw / tldraw / Miro sind leistungsstarke kollaborative Whiteboards mit Fokus auf Diagramme. Gleichungen werden dort typischerweise als Bild aus einem externen Renderer eingefügt.
TikZ / pgfplots gelten als Goldstandard für vollständig programmgesteuerte, LaTeX-native Abbildungen — vor allem wenn Präzision wichtig ist. Der Trade-off liegt im Iterations-Zyklus: Jede Änderung erfordert einen Compile-Durchlauf.

drawtonomy positioniert sich zwischen einem Präsentationstool und TikZ: ein 2D-Vektorcanvas mit eingebautem KaTeX-Renderer, der den LaTeX-Quelltext erhält. Wer Diagramm und Gleichung ohnehin in separaten Tools verwaltet, kann das ruhig so lassen; drawtonomy ist vor allem dann nützlich, wenn beides in einer einzigen bearbeitbaren Datei liegen soll.

Schritt-für-Schritt-Workflow

Diagramm skizzieren. Fahrspuren, Fahrzeuge und Fußgänger für ein Paper zum autonomen Fahren; Rechtecke und Pfeile für ein Regelungstechnik-Blockdiagramm; Polygone und Pfeil-Pfade für eine Methoden-Übersicht. Alle Formen von drawtonomy lassen sich kombinieren — die Math-Form ist eine davon.
Gleichung einfügen mit dem Math-Tool (fx). Die KaTeX-Vorschau rendert in Echtzeit. Für mehrzeilige Gleichungssysteme \begin{align} verwenden — die Gleichungsnummerierung übernimmt KaTeX automatisch.

$Matheingabe mit der quadratischen Formel: Bruch, Wurzel und ± werden in der KaTeX-Echtzeit-Vorschau gerendert$

KaTeX-Live-Vorschau während der Eingabe der quadratischen Formel — obere Hälfte LaTeX-Quelltext, untere Hälfte gerendertes Ergebnis.
Für den Druck gestalten. Die meisten Fachzeitschriften drucken noch in Graustufen. Für Gleichungen daher Schwarz oder Dunkelgrau wählen und die Schriftgröße an die Beschriftungen im Diagramm anpassen. Der Size-Regler reicht bis 200 px für Poster-Abbildungen.

$Dieselbe Gleichung in Rot bei 60 px; das Math-(LaTeX)-Attributpanel zeigt Farbfeld und Size-Regler$

Farbe und Größe sind im Math-(LaTeX)-Panel einstellbar — für druckfertige Graustufen Schwarz wählen, für Poster-Abbildungen die Schrift vergrößern.
PDF für den LaTeX-Build exportieren. Alle Glyphen — einschließlich des \sqrt-Wurzelzeichens — werden über opentype.js in Vektorpfade umgewandelt. Die exportierte Datei ist in sich abgeschlossen: keine Font-Abhängigkeit, keine pdflatex-Fehler. Mit \includegraphics{...} direkt in die LaTeX-Abbildung einbinden.
.drawtonomy.svg als Quelldatei aufbewahren. Wenn ein Reviewer fragt (“können Sie \sigma durch \rho ersetzen?”), einfach die .drawtonomy.svg in drawtonomy wieder öffnen, die Gleichung per Doppelklick bearbeiten und das PDF neu exportieren — ohne die Abbildung neu zeichnen zu müssen.

Hinweise zur LaTeX-Integration

\includegraphics{equation.pdf} ist der zuverlässigste Weg für Paper. Der PDF-Export von drawtonomy ist pfadbasiert und funktioniert mit jeder LaTeX-Engine (pdflatex, xelatex, lualatex).
SVG mit dem svg-Paket ist ebenfalls möglich, setzt aber Inkscape auf dem Build-Rechner voraus. Für lokale Builds vorhersagbar, im CI aber oft fehleranfällig — besser lokal in PDF umwandeln und das PDF einchecken.
EPS steht für ältere latex+dvips-Toolchains bereit; dieselbe pfadbasierte Qualität wie beim PDF.
Schriftarten. Da der Text in Pfade umgewandelt wird, muss die Körpertextschrift des Papers nicht übereinstimmen. Die Gleichung sieht stets nach KaTeX (Computer-Modern-Stil) aus — was in der Regel genau das Gewünschte ist.

Nicht nur für autonomes Fahren

Diese Seite ist unter den Anwendungsfällen für autonomes Fahren eingeordnet, weil drawtonomy ursprünglich als Fahrszenarien-Tool entwickelt wurde — die Math-Form ist jedoch generisch. Derselbe Workflow eignet sich für:

Machine-Learning-Methoden-Abbildungen (Verlustfunktionen neben dem Netz-Diagramm).
Regelungstechnik-Paper (Übertragungsfunktions-Blöcke mit der LaTeX-Form direkt daneben).
Signalverarbeitungs-Abbildungen (Fourier-Paar-Illustrationen).
Physik- oder Chemie-Paper (mit \ce{} für Reaktionsgleichungen).
Mathematik-Paper (Beweis-Abbildungen mit typgesetzten Theoremaussagen).

Kurz gesagt: Was auf ein Whiteboard passt, lässt sich in drawtonomy abbilden.

Wann dieses Tool nicht die richtige Wahl ist

Gleichungen, die in einen Fließtextabsatz gehören. Diese sind im LaTeX-Quelltext des Papers besser aufgehoben als in einer Abbildung.
Dynamische, datengetriebene Diagramme — für Graphen weiterhin matplotlib, pgfplots oder TikZ verwenden.