$\LaTeX$ 札记（一）——插入动画

⚠新坑警告

准备把学习LaTeX过程中探索到的一些有用的、好玩的方法都记录下来。

同时还有新坑：“MATLAB札记”

引入

记得在刚开学的时候，看到一个信号老师公众号，分享了一个其他学校的信号幻灯片。那篇文章的主旨不是讲那个幻灯片怎么样，但我一看发现是用 $\LaTeX$ 写的，居然还说有动画，我就在想这是怎么实现的呢？ $\LaTeX$ 生成的不都是PDF嘛，怎么会动呢？但是我依稀记得，Adobe Acrobat是可以导入swf动画的，所以应该是可以实现的。当时没多想，直到……

做电磁场实验的时候实验3、4，其实都是动态的过程，一个是电磁波的透射与反射实验、还有一个是电磁波的极化。虽然题目要求的是截三张图即可，但是我还是想试试，在PDF里怎么搞个动画，所以就有了这篇文章。

总体大概是这么些步骤：

Step 0：获得一组动画

Step 1：转图片格式

Step 2：在导言区引入animate

Step 3：在正文中使用animate创建动画

前期准备——转图片格式

Step 0：获得一组动画

这个前期准备可能会是MATLAB札记的第一篇文章，会谈谈怎么从MATLAB中导出GIF动画。

假设我们已经获得了一个GIF动画，或者获得了一组视频，这是前提条件。

Step 1：转图片格式

需要注意的是，在 $\LaTeX$ 中使用animate宏包插入的实际上是一组带编号的图像序列，而非是真正意义上的GIF动画或者视频。

分不同的格式，可以用两种方法来解决。

GIF转图片序列

这里使用的软件叫做 ImageMagick ，这是一个开源软件，但是他是使用命令行指令进行操作的。

安装好 ImageMagick 之后，我们就可以用它提供的 convert 命令将 GIF 格式的动图逐帧地切分成一系列图片了。假设你的目标图片是 lab031.gif，那么使用如下命令可以得到一系列图片：lab031-0.png, lab031-1.png, lab031-2.png, …

1	magick convert lab031.gif -coalesce lab031.png

值得注意的是，在使用这条指令的时候需要先将命令行定位到GIF动画所在的文件夹目录下，不然也找不到啊。

这样我们就从GIF获得了图片序列。

视频转图片序列

关于为什么会出现视频格式：在实验四中，我制作了一个GUI界面，但是GUI界面我并没有找到可以内部录制GIF动画的较好的方法，所以这里只好先录屏，再转图片序列咯。当然还可以再多一步，视频->GIF（用格式工厂）->图片序列（用上面的方法）。

这里我使用的是Pr软件。虽然Pr很不稳定，但是还是能用的。这边的操作不复杂，基本不用担心电脑会不会炸。

菜单栏：文件->导出->媒体
格式中选择PNG，预设不用管
下面视频选项中，可以在看得清画面的情况将宽，高调的尽量小，防止导出的PNG序列质量太高，导致最终整个PDF的大小太大。
还是视频选项中，把帧速率设的尽量小，比如我1分半钟的视频，帧速率为1，导出的PNG序列就是90张，过多的图片可能会使PDF中的动画变得更流畅，但是带来的问题就是它的大小会很大。（❗值得注意的是，Pr导出的图像即使画面尺寸不大，大小还是比较大的，所以需要注意一下图像质量和帧率的问题）

当然格式工厂的方法也是可行的，但格式工厂对于视频的质量压缩的实在是太多了。

关键步骤——`animate宏包`的使用

Step 2：在导言区引入`animate`

和其它宏包一样，在 $\LaTeX$ 的导言区中使用 \usepackage[<options>]{animate} 即可引入 animate 宏包。

❗值得注意的是

必须在引入 animate 宏包之前，引入 graphicx 宏包。
使用 animate 宏包创建动画，也需要两次编译（第一次创建 JavaScript 内容，第二次在具体位置插入内容），这是由于交叉引用导致的。

1
2
3

% 在导言区插入以下代码
\usepackage{graphicx}
\usepackage{animate}

Step 3：在正文中使用`animate`创建动画

animate提供的 \animategraphics语句用于在LaTeX中插入一组PNG序列。其基本应用形式为

1	\animategraphics[<options>]{<frame rate>}{<file basename>}{<first>}{<last>}

这个命令的使用其实和普通插入图片的指令\includegraphics和插入小图的\subfigure的应用场景是一致的。就是嵌套在figure环境中使用。

各成分的含义：

<frame rate>：帧速率，差不多就是帧率的意思，即一秒钟多少张PNG
<file basename>：图片序列前缀
<first>和<last>：图片序列序号范围
- ❗使用 ImageMagick和Pr导出的图片序列编号类型并不一样，但是无伤大雅。ImageMagick导出的是自然数编号（例如1-90），而Pr导出的是固定位数编号（例如00-90，或者000-121）之类的。填写这两个{}内容是尊重事实即可，不需要做出调整。
<options>：可选项（摘自参考文献2，见下面叙述）

部分可选项

只能用于接口的选项

这里的接口指的是 animate 宏包提供的用户接口。例如我们已经见过的 \animategraphics 命令，以及下一节会介绍的 animateinline 环境。

label=<label text>：为 animate 对象指定唯一的标签，可用于之后的 JavaScript 控制。

every=<num>：只为每个第 <num> 帧构建动画，而忽略剩余的帧。

二者皆适用的选项

type=<type name>：使用指定的图片类型（而不按照前面提到的顺序搜索）。

poster[= first | <num> | last | none]：指定用于打印和默认展示的动画帧，默认是第一帧。

autopause：当动画所在页不再呈现时，自动暂停动画。

autoresume：当被暂停的动画重新呈现时，自动恢复播放。

autoplay：当动画所在页在 PDF 阅读器中呈现时，自动播放动画。

loop：播放到最后一帧时，从第一帧开始继续播放；如此往复。

palindrome：播放到最后一帧时，逐帧倒退；如此往复。

step：忽略 frame rate，只在每次点击鼠标时播放一帧。

width=<h-size>, height=<v-size>, totalheight=<v-size>, keepaspectratio：按绝对长度缩放动画的大小。

scale=<factor>：按比例缩放动画的大小。

controls：展示用于控制动画的按钮。

begin=<begin content>

例子（来自电磁场实验3）

% 导言区引用以下代码
% \usepackage{graphicx}
% \usepackage{animate}
\begin{figure}[htbp]
    \centering
    \animategraphics[autoplay,loop,controls,width=.7\textwidth]{24}{./lab032/lab032-}{0}{361}
    \caption{向理想导体垂直入射随相位变化的GIF动画}	
    \label{fig:gif2}	
\end{figure}

这段代码表示帧率为24帧每秒，它的文件来源于图片目录下的lab032文件夹中lab032-为前缀的图片序列，共有0-361总共362张图组成。同时，它具有自动播放、重复播放、具有控制按钮这三个选项，同时所占页宽为0.7倍页宽。下面三张图体现了从GIF到PNG序列再到 $\LaTeX$ 中文件的变化。

lab032

lab032图片序列

EDA_WF_03

（这个格式工厂转的有点问题）

下面这一排按钮不出意外的话，分别表示⏮回到开头，⏪上一帧，⏸暂停（长按才行，不然只会顿一下），⏩下一帧，⏭最后一帧，后三个按钮分别是➖降低帧率、🔛恢复设定的帧率、➕提高帧率。

一些注意事项

这个功能稍有点复杂，但是应用起来的效果还是很不错的。但是这个功能还是很鸡肋的。这个需要支持Javascript的PDF阅读器，网上整理的有这些
- Adobe Acrobat / Reader
- PDF-XChange
- Foxit Reader
我目前主要使用的是Adobe Acrobat DC，所以打开没问题。但我vscode里 $\LaTeX$ 环境配套的Sumatra PDF就根本无法播放这个动画。所以很大程度上只能自娱自乐。

还有同学指出福昕阅读器对于这个的支持也不是很好，一卡一卡的。还有人用iPad上的PDF Expert打开直接死机。所以不到迫不得已我也不会用。
这个功能用在 $\LaTeX$ 制作Beamer过程中应该还是很不错的。可以在幻灯片中清楚的显示动画效果。
不是很推荐用格式工厂转，噪点奇多无比，可以试试网上的一些在线转换工具。

参考文献

林特斯9527.LaTeX 中插入GIF图片[EB/OL].https://www.cnblogs.com/LinTeX9527/p/11122268.html.2019-07-02/2020-05-12 .
始终.LaTeX 黑魔法（四）：插入动画（animate 宏包教程）[EB/OL].https://liam.page/2017/08/10/importing-animate-in-LaTeX/.2017-08-10/2020-05-12.

LaTeX\LaTeXLATE​X札记（一）——插入动画

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