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Blaupause

Vektorgrafiken mit LaTeX und TikZ erstellen

18.06.2014
Mit LaTeX und dem Paket TikZ erstellen Sie hochwertige Vektorgrafiken, mit denen Sie Ihre Dokumente aufwerten und Inhalte ansprechend visualisieren.

LaTeX eignet sich nicht nur für schnöden, grauen Textsatz. Mit den richtigen Paketen bringen Sie Farbe [1] ins Spiel und binden bei Bedarf externe Grafiken [2] ein. Das Paket TikZ [3] ermöglicht es, Vektorgrafiken mit LaTeX zu erzeugen. Dieses Paket setzt seinerseits auf das Paket PGF auf und vereinfacht dessen Nutzung.

Nutzen Sie TikZ zum Erstellen der Grafiken, erhalten Sie mit wenigen Codezeilen hochwertige Illustrationen, die sich perfekt in das Schriftbild von LaTeX einfügen. Dafür müssen Sie allerdings den Nachteil in Kauf nehmen, nicht sofort zu wissen, wie die Grafik aussieht, an der Sie gerade arbeiten: Jede Änderung setzt erst einen LaTeX-Lauf voraus. Das Programm KTikZ [4] schafft in diesem Fall Abhilfe, der Editor zeigt die Grafik direkt an (Abbildung 1).

Abbildung 1: Der Editor KTikZ ermöglicht es, erzeugte Grafiken sofort anzusehen.

Der Einsatz fällt leicht: Sie laden mit dem Befehl \usepackage{tikz} in der Präambel das entsprechende Paket. Die Befehle, mit denen Sie Grafiken erstellen, stehen im Hauptteil in der Umgebung tikzpicture (Listing 1, Zeile 1 bis 3). Alternativ nutzen Sie den Befehl aus Listing 1, Zeile 4. Das ist dann sinnvoll, wenn Sie nur wenige Befehle für die Grafik verwenden.

Listing 1

\begin{tikzpicture}[Optionen]Befehle
\end{tikzpicture}
\tikz[Optionen]{Befehle}

Die Tabelle "Optionen" zeigt, wie Sie die Ausgabe beeinflussen dürfen. Diese Optionen stehen auch bei einem einzelnen Befehl bereit, wobei sie dann nur für die Grafik gelten, die Sie mit dem entsprechenden Befehl erzeugen. Umgekehrt besteht die Möglichkeit, Optionen, die bei den einzelnen Befehlen zum Einsatz kommen, global einzutragen. Diese gelten dann statt für die einzelne Grafik für alle Grafiken in der Umgebung.

Optionen

Option Wirkung
scale=Faktor Vergrößern um den angegebenen Faktor. Zum Verkleinern negativen Faktor wählen.
rotate=Winkel Drehung um den angegebenen Winkel.
baseline=Wert Statt des untersten Punktes der Grafik liegt der angegebene Wert auf der Grundlinie.

Linien

Der Befehl, mit dem Sie Linien, Bézier-Kurven und Figuren zeichnen, ist nach dem Schema \draw[Optionen] Pfad; aufgebaut. Über Optionen passen Sie den Stil der Linien und deren Farbe an. Was Sie als Pfad eintragen, variiert je nach Grafik, die Sie erstellen wollen.

Listing 2 enthält einige Beispiele für Linien und Bézier-Kurven. Die Punkte, mit denen Sie eine Grafik konstruieren, geben Sie in runden Klammern an. Dabei dürfen Sie die Koordinaten des Punkts durch Komma getrennt angeben (Zeile 1). Setzen Sie keine Einheit für die Längen, interpretiert der Compiler die Zahlen als Einheiten im Koordinatensystem, wobei eine Einheit einem Zentimeter entspricht.

Listing 2

\tikz{\draw (0,0) -- (2,2) (0,0) |- (2,2);}
\tikz{\draw (0,0) -- (45:2.83cm) (0,0) |- (45:2.83cm);}
\tikz{\draw (0,0) -- ++(2,2) ++(-2,-2) |- ++(2,2);}
\tikz{\draw (0,0) |- (2,2) -- cycle;}
\tikz{\draw (-2,0) .. controls (-1,1) and (1,1) .. (2,0);}
\tikz{\draw (0,0) circle (2cm);}
\tikz{\draw (0,0) arc (30:60:2cm);}
\tikz{\draw (0,0) ellipse (2cm and 1cm);}
\tikz{\draw (0,0) rectangle (4,4);}

Alternativ geben Sie die Polarkoordinaten durch einen Doppelpunkt getrennt an (Zeile 2). Das ändert jedoch die Bedeutung: Vor dem Doppelpunkt steht nun der Winkel, nach dem Doppelpunkt die Entfernung.

Standardmäßig gilt der Mittelpunkt eines Koordinatensystems als Ausgangspunkt, relativ zu dem Sie alle anderen Punkte definieren. Tragen Sie vor der runden Klammer ein doppeltes Pluszeichen (++) ein, erscheint der Punkt in der Klammer relativ zum davor verwendeten Punkt (Zeile 3).

Die Zeilen 1 bis 4 von Listing 2 erzeugen alle die gleiche Grafik, jedoch auf vier verschiedene Weisen. Der Code in Zeile 1 zeichnet mittels des Befehls -- eine gerade Linie zwischen den Punkten (0,0) und (2,2).

Das Kommando |- sorgt dafür, dass dies keine direkte Verbindung zwischen den beiden Punkten ist, sondern eine, die nur aus einer Horizontalen und einer Vertikalen besteht, wobei ein vorangestellter Bindestrich bewirkt, dass vom ersten Punkt aus eine Horizontale und dann eine Vertikale entsteht; ein dem Pipe-Zeichen nachfolgender Strich zeichnet zunächst eine Vertikale und dann eine Horizontale.

Beide Befehle aus Zeile 1 zusammen ergeben ein rechtwinkliges Dreieck. Zeile 2 definiert das gleiche Dreieck mit Polarkoordinaten. Ausgehend vom Punkt (0,0) entsteht hier im Winkel vom 45 Grad eine 2,83 cm lange Linie, anschließend vom Punkt (0,0) eine Vertikale auf Höhe des Endpunktes der vorher gezeichneten Geraden, und schließlich eine Horizontale zu diesem Punkt hin, sodass die rechtwinklige Spitze des Dreiecks entsteht.

In Zeile 3 erstellen die Befehle wiederum das gleiche Dreieck, wobei diesmal die einzelnen Punkte relativ zum jeweils vorhergehenden Punkt liegen. Zeile 4 erstellt schließlich zunächst die rechtwinklige Spitze des Dreiecks. Die Grundlinie kommt durch den Befehl -- cycle zustande, der die beiden Enden zu einer geschlossenen Figur verbindet.

Neben geraden Linien lassen sich auch Kurven zeichnen. Eine solche geben Sie durch vier Punkte an (Listing 2, Zeile 5). Die erste runde Klammer enthält den Startpunkt, die vierte den Endpunkt. Die beiden Kontrollpunkte stehen in den beiden mittleren Klammern.

Geometrische Figuren

Linien und Kurven erlauben es nun, jede beliebige Figur zu erstellen. Listing 2 zeigt in Zeile 6 den Befehl für einen Kreis: In der ersten runden Klammer geben Sie den Mittelpunkt an, in der zweiten den Radius.

Möchten Sie statt eines ganzen Kreises nur einen Kreisbogen zeichnen, nutzen Sie den Befehl aus Zeile 7. Zunächst geben Sie wiederum den Mittelpunkt in der ersten runden Klammer an, anschließend in der zweiten runden Klammer den Winkel, an dem der Teil des Kreisbogens beginnt, und schließlich den Winkel, an dem er endet sowie den Radius.

Den Befehl für eine Ellipse enthält Zeile 8. In die erste runde Klammer gehört hier der Mittelpunkt, in der zweiten runden Klammer folgen zunächst die Länge der Hauptachse und dann die Länge der Nebenachse.

Zeile 9 zeigt den Befehl für ein Rechteck. Die erste runde Klammer nennt den linken unteren Punkt, die zweite runde Klammer den rechten oberen.

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