用 LaTeX 制作动画

我们在制作文档、幻灯片时，一些概念性的内容可能通过动画的方式能够更清晰地表达。这些概念性的图通常来说比较简单，使用 $\LaTeX$ 的 tikz 宏包或其他类似的绘图语言可以很方便地进行绘制，结合 $\TeX$ 的发行版提供的 animate 宏包则可以方便地生成动画。本文将对这部分内容进行叙述。

使用 animate 宏包创建 pdf 动画

以 tikzpicture 手动绘制关键帧并结合 animate 进行动态 pdf 文件的制作示例代码如下，其中关于 animate 的用法可参考其使用手册。

\documentclass{standalone}
\usepackage{tikz,animate}

% creation of the ove.txt timeline file
\newwrite\Fichier 
\immediate\openout\Fichier=ove.txt
\foreach \n in {0,1,...,6}{
\immediate\write\Fichier{::\n x0}
}
\immediate\closeout\Fichier% always close the file

\newcommand{\Debut}{% Systematic start of drawing
\begin{tikzpicture}
\useasboundingbox (-2.5,-2.5) rectangle (4,2.5);}
\newcommand{\Fin}{\end{tikzpicture} }% Systematic end of drawing
\begin{document}
\begin{animateinline}[autoplay,begin={\Debut},end={\Fin},timeline=ove.txt]{1.5}
    \draw[thick] (-2.5,0)--(4,0);
    \draw[thick] (0,-2.5)--(0,2.5);
\newframe% circle - transparent 1
    \draw[thick] (0,0) circle (2cm);
\newframe%  half-line 1 - transparent 2
    \draw[thick] (0,-2)--(3,1);
\newframe%  half-line 2 - transparent 3
    \draw[thick] (0,2)--(3,-1);
\newframe%  arc 1 - transparent 4
    \draw[thick](0,2)arc[start angle=90,end angle=45,radius=4cm];
\newframe%  arc 2 - transparent 5
    \draw[thick](0,-2)arc[start angle=-90,end angle=-45,radius=4cm];
\newframe%  arc 3 - transparent 6
    \draw[thick]([xshift=2cm]45:1.171573cm)arc[start angle=45,end angle=-45,radius=1.171573cm];             
\end{animateinline}
\end{document}

上述代码的第 5～10 行用于输出时间线文件 ove.txt 从而可以简化代码的内容，使各关键帧中重复的内容无需重复绘制，当ove.txt 生成后，后续可以注释掉这 5 行代码。代码使用任意 $\LaTeX$ 编译引擎编译，可以得到动态的 testgif.pdf 文件（假定代码文件名为 testgif.tex）效果如下：

创建 gif 格式的动画

使用上述方法生成的动画是一个 pdf 文件，可能在 Microsoft Word 文件中或网页文件中并不方便使用，有这种需要时可以提取动画中的关键帧，并使用 Imagemagick 转换为 gif 文件。

使用 animate 宏包创建各关键帧单独成页的 pdf 文件

使用 $\LaTeX$ 创建动画时，若需要获取关键帧的图像，则应在 animate 宏包载入时使用 export 选项，或将 export 作为文档类的全局选项加载。将前述 $\LaTeX$ 代码的第一行改为：

\documentclass[export]{standalone}

即可，以此编译出的 testgif.pdf 文件中，关键帧则单独成页。

使用 pdftocairo 输出各关键帧的 png 图像文件

利用 cairo 库可以将 pdf 文件中的各页单独输出为一个 png 图像，命令行执行：

pdftocairo -png testgif.pdf

在同一目录下则生成 testgif-01.png、testgif-02.png …… 等一系列 png 文件。

使用 Imagemagick 程序命令 magick 输出 gif 文件

安装 Imagemagick 程序后，可以在命令行使用 magick 或 convert 命令将一系列 png 文件转换为 gif 文件。命令名称取决于安装时的设定，在 Linux 下为 convert，Windows 下通常为避免与系统的 convert （Windows 下这个命令用于转换磁盘文件系统格式）重名而使用 magick，当然安装时也可以设定使用 convert 命令，但这时自己必须清楚两个可执行文件的路径在系统变量 PATH 中的排列顺序，从而能准确调用正确的程序。以 Windows 下使用 magick 为例，命令行应执行：

magick -delay 50 -loop 0 *.png output.gif

其中用 -delay 控制每帧切换的时间，单位为 ms，-loop 控制播放次数，-loop 0 则表示无限循环播放。magick（或 convert）命令的其他参数可以参考其使用手册。

使用 animate 宏包和 dvisvgm 创建动态的 svg 文件

另外一种生成动画文件的方式是生成动态的 svg 文件，这类文件可以在 Chromium 内核的浏览器中查看显示。生成方法是对 animate 宏包使用 dvisvgm 选项。以使用文档类全局选项为例，将代码第一行改为：

\documentclass[dvisvgm]{standalone}

编译时则应该使用 latex 或 xelatex 进行编译，后者还应该使用 --no-pdf 参数来输出 xdv 文件；随后使用 dvisvgm 命令转换 dvi 文件和 xdv 文件。命令行应执行：

# latex 编译
latex testgif.tex
dvisvgm testgif.dvi

# xelatex 编译
xelatex --no-pdf testgif.tex
dvisvgm testgif.xdv

此时得到的 svg 文件即为动画文件，可以将 <svg> 标签内的内容直接写入 html 文件形成动画。