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Topos Uranos
Deutsch

Zeichnungen mit TikZ

Zusammenfassung

Diese Lektion lehrt, mit TikZ innerhalb des Dokuments zu zeichnen. Sie erklärt, was man gewinnt, wenn man in LaTeX zeichnet (die Schrift und die Formeln des Textes, verlustfreie Skalierung, Korrektur im Quelltext und Versionsverwaltung), was es kostet und wann es besser ist, eine Grafik aus R oder Python zu exportieren; sie zeigt, dass TikZ in einem deutschen Dokument seine Bibliothek babel braucht, ohne die die erste Beschriftung in Anführungszeichen eine Kaskade von Fehlern auslöst; sie stellt die Umgebung tikzpicture und den Befehl \tikz vor, kartesische, polare und relative Koordinaten sowie die Pfade (Strecken, Rechtecke, Kreise, Bögen und Kurven); sie geht die Optionen der Linie und die Pfeilspitzen der Bibliothek arrows.meta durch; sie lehrt die Knoten, benannt, mit Ankern und mit der Bibliothek positioning relativ zueinander platziert; sie legt die Notation mit eigenen Stilen fest; sie wiederholt mit \foreach; sie setzt ein Flussdiagramm, eine Kräfteskizze, einen Begriffsbaum, einen Syntaxbaum und den Graphen einer Funktion, mit der Warnung, dass plot Winkel in Grad misst; sie stellt pgfplots für Datendiagramme vor; sie setzt die Abbildung in eine Gleitumgebung und vergleicht die drei Arten, sie zu skalieren; und sie schließt mit den typischen Fehlern, der Kompilierzeit und dem, was man besser vermeidet.

Lernziele

  1. Begründet entscheiden, ob eine Abbildung besser mit TikZ gezeichnet, mit pgfplots geplottet oder aus einem Programm zur Datenanalyse exportiert wird.
  2. Die Präambel eines deutschen Dokuments für TikZ vorbereiten und erklären, warum die Bibliothek babel nötig ist.
  3. Mit absoluten, polaren und relativen Koordinaten zeichnen und vorhersagen, welchen Pfad eine Folge von Koordinaten mit + und ++ zieht.
  4. Diagramme aus benannten Knoten setzen, die mit der Bibliothek positioning platziert werden, und mit eigenen Stilen, die nur einmal definiert sind.
  5. Eine Zeichnung mit Beschriftung und Label in eine Gleitumgebung einfügen, sie skalieren und dabei vorhersagen, was mit dem Text geschieht, und die typischen Fehler aus der Protokolldatei diagnostizieren.

Warum in LaTeX zeichnen

Die vorigen Lektionen haben Bilder eingefügt, die außerhalb des Dokuments entstanden sind. Eine mit TikZ angefertigte Zeichnung dagegen wird mit Befehlen in den Quelltext geschrieben, und der Satzmotor setzt sie, wie er den Text setzt. Daraus ergeben sich vier Vorteile. Der erste ist die typografische Einheit: Die Beschriftungen der Zeichnung verwenden dieselbe Schrift und denselben Schriftgrad wie der Text, und eine Formel in einer Beschriftung gleicht genau der im Absatz, der sie kommentiert. Der zweite ist die verlustfreie Skalierung: Das Ergebnis ist eine Vektorgrafik, sodass man es vergrößern kann, ohne dass Pixel sichtbar werden. Der dritte ist, dass die Zeichnung im Quelltext korrigiert wird: Eine Beschriftung ändern oder einen Punkt verschieben heißt eine Zeile ändern, ohne zu einem Zeichenprogramm zurückzukehren oder die Originaldatei zu suchen. Der vierte ist, dass die Zeichnung mit dem Text versioniert wird, weil sie Text ist: Sie bleibt in derselben Datei, in derselben Sicherungskopie und in derselben Versionsgeschichte.

Diese Vorteile haben jedoch ihren Preis. TikZ ist eine Sprache mit eigener Syntax, deren Handbuch mehr als tausend Seiten umfasst, und eine Zeichnung, die in einem Grafikprogramm mit der Maus in einer Minute entsteht, kann hier beim ersten Mal eine halbe Stunde kosten. Man muss also unterscheiden. Schemata, Diagramme und geometrische Figuren, die aus wenigen Formen mit Beschriftungen bestehen, sind das natürliche Gebiet von TikZ. Datendiagramme dagegen gelingen besser mit pgfplots, das auf TikZ aufbaut und am Ende dieser Lektion vorgestellt wird, oder, wenn die Daten in R oder Python ausgewertet werden, mit demselben Programm, das sie auswertet: Die Grafik wird als PDF exportiert und wie in der Lektion über Bilder eingefügt, und sie bleibt mit den Daten und der Auswertung verbunden, aus denen sie hervorgeht. Beide Sprachen bieten außerdem Ausgaben, die die Grafik als Code für LaTeX schreiben (das Paket tikzDevice in R und die PGF-Ausgabe von matplotlib in Python), sodass die Beschriftungen die Schrift des Dokuments übernehmen.