Wzory matematyczne w rysunkach do artykułów naukowych

Piszesz pracę — dysertację, preprint arXiv, artykuł do IEEE, notatkę warsztatową — i potrzebujesz rysunku, który łączy diagram i złożony wzór matematyczny. Typowe podejście to połączenie dwóch lub trzech narzędzi: jedno do tworzenia diagramu, drugie do renderowania wzoru, a na końcu etap składania całości. Wiele świetnych rysunków powstaje właśnie w ten sposób; kompromisem jest to, że wzór przestaje być edytowalny z poziomu jednego pliku — poprawienie choćby jednego indeksu wymaga ponownego przejścia przez renderer.

drawtonomy to jedna z opcji, która łączy oba elementy na jednym płótnie. Diagram i wzór są częścią tego samego pliku wektorowego, a wzór pozostaje edytowalnym źródłem LaTeX aż do momentu, gdy sam zdecydujesz inaczej.

$Równania Maxwella wyrenderowane jako środowisko align z numeracją (1)–(4) bezpośrednio na płótnie drawtonomy$

Układ wzorów (równania Maxwella) wyrenderowany przez KaTeX na płótnie drawtonomy. Cały blok to jeden edytowalny kształt — dwukrotne kliknięcie przywraca źródło LaTeX.

Porównanie z innymi narzędziami

Każde z poniższych narzędzi sprawdza się doskonale w tym, do czego zostało zaprojektowane — drawtonomy jest po prostu zoptymalizowane pod nieco inny zestaw wymagań: jedno płótno, diagram i wzór edytowalne razem.

PowerPoint / Keynote to domyślny wybór przy tworzeniu slajdów i wielu szybkich rysunków. Mają własne edytory równań, wygodne w użyciu, choć nie przechowują LaTeX jako edytowalnego źródła na potrzeby późniejszych poprawek.
Inkscape / Illustrator zapewniają znakomitą kontrolę nad wektorem i wiele ostatecznych wersji rysunków do publikacji jest w nich dopracowywanych. Gdy wzór pochodzi z osobnego renderera LaTeX, jego źródło żyje w odrębnym pliku, który trzeba utrzymywać równolegle.
Excalidraw / tldraw / Miro to świetne narzędzia do wspólnego rysowania. Skupiają się na diagramach, a wzory zazwyczaj wkleja się jako obrazy wygenerowane zewnętrznym renderem.
TikZ / pgfplots to złoty standard programistycznych, w pełni natywnych rysunków LaTeX — zwłaszcza gdy liczy się precyzja. Kompromisem jest pętla iteracji: każda zmiana wymaga kompilacji.

drawtonomy plasuje się pomiędzy narzędziami do slajdów a TikZ: dwuwymiarowe płótno wektorowe z wbudowanym renderem KaTeX, które zachowuje źródło LaTeX. Jeśli Twój schemat pracy już działa sprawnie z oddzielnymi narzędziami, nie ma powodu go zmieniać — drawtonomy jest najbardziej przydatne wtedy, gdy chcesz mieć i diagram, i wzór w jednym edytowalnym pliku.

Praktyczny przepływ pracy

Naszkicuj diagram na płótnie. Pasy ruchu, pojazdy i piesi do artykułu o jeździe autonomicznej. Prostokąty i strzałki do diagramu blokowego układu sterowania. Wielokąty i strzałki ścieżek do przeglądu metody. Dowolna kombinacja kształtów drawtonomy wchodzi w grę — kształt Math jest jednym z nich.
Dodaj wzór narzędziem Math (fx). Podgląd KaTeX renderuje się na żywo. Użyj \begin{align} dla układów wieloliniowych — KaTeX sam zadba o numerację równań.

$Edytor Math pokazujący wzór kwadratowy z ułamkiem, pierwiastkiem i ± wyrenderowanymi w podglądzie KaTeX na żywo$

Podgląd KaTeX na żywo podczas wpisywania wzoru kwadratowego — górna połowa to źródło LaTeX, dolna to wyrenderowany wynik.
Dostosuj styl do druku. Większość czasopism nadal drukuje w skali szarości. Do wzorów wybierz czarny lub ciemnoszary; dopasuj rozmiar do tekstu bazowego diagramu. Suwak rozmiarów sięga 200 px — przydatne przy posterach konferencyjnych.

$Ten sam wzór w kolorze czerwonym o rozmiarze 60 px z panelem atrybutów Math (LaTeX) pokazującym próbnik koloru i suwak rozmiaru$

Kolor i rozmiar są dostępne w panelu Math (LaTeX) — do wydruków czarno-białych wybierz bezpieczną czerń, do posterów możesz zwiększyć rozmiar czcionki.
Eksportuj PDF do kompilacji LaTeX. Wszystkie glify (w tym kreska \sqrt) są konwertowane do ścieżek wektorowych przez opentype.js — plik jest samowystarczalny, bez zależności od czcionek i bez skarg pdflatex. Polecenie \includegraphics{...} wstawia go bezpośrednio do rysunku.
Zachowaj .drawtonomy.svg jako źródło prawdy. Gdy recenzent poprosi o wariant („czy możesz zastąpić \sigma przez \rho?”), otwórz plik .drawtonomy.svg w drawtonomy, dwukrotnie kliknij wzór, popraw LaTeX, wyeksportuj PDF od nowa. Bez rysowania od zera.

Wskazówki dotyczące integracji z LaTeX

\includegraphics{equation.pdf} to najbardziej niezawodna ścieżka dla artykułów. Eksport PDF drawtonomy jest oparty na ścieżkach wektorowych, więc działa z każdym silnikiem LaTeX (pdflatex, xelatex, lualatex).
SVG z pakietem svg też działa, ale wymaga Inkscape na maszynie budującej. Sprawdza się przy lokalnych kompilacjach, bywa kapryśny na CI. Lepiej przekonwertować do PDF lokalnie i zacommitować PDF.
EPS jest dostępny dla starszych łańcuchów narzędzi latex + dvips; ta sama wierność oparta na ścieżkach co w przypadku PDF.
Czcionki. Ponieważ tekst jest konwertowany do ścieżek, nie musisz dopasowywać czcionki korpusu artykułu. Wzory będą wyglądały jak KaTeX (styl Computer Modern) niezależnie od czcionki dokumentu — co zazwyczaj jest właśnie pożądanym efektem.

Zastosowania poza jazdą autonomiczną

Ta strona jest umieszczona w dokumentacji poświęconej jeździe autonomicznej, ponieważ drawtonomy zaczęło jako narzędzie do scenariuszy drogowych — ale kształt Math jest uniwersalny. Ten sam przepływ pracy sprawdza się przy:

Rysunkach metod uczenia maszynowego (wzory straty obok diagramu sieci neuronowej).
Artykułach o sterowaniu (bloki transmitancji z notacją LaTeX przy każdym bloku).
Rysunkach z zakresu przetwarzania sygnałów (ilustracje par Fouriera).
Artykułach z fizyki lub chemii (z \ce{} dla równań reakcji).
Artykułach matematycznych (rysunki dowodów z twierdzeniami złożonymi obok schematu).

Jeśli coś zmieści się na tablicy, drawtonomy to pomieści.

Kiedy to narzędzie nie jest właściwym wyborem

Wzory wbudowane w akapity tekstu. Takie wzory należą do źródła LaTeX artykułu, a nie do rysunku.
Dynamiczne wykresy danych — do wykresów nadal używaj matplotlib, pgfplots czy TikZ.