用 TikZ 实现带箭头的注释效果

有时候,我们需要对文中的内容做进一步的解释;有时候,我们会想在文章边注的区域内,给特定的内容加上一个俏皮话(如下图)。

这篇文章,我们将用 TikZ 实现这个效果。

TikZ 的知识

我们知道,在 tikzpicture 环境中,类似上面的效果,很容易就能实现。

tikzpicture_sample.tex
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\documentclass{article}
\usepackage{tikz}
\usetikzlibrary{positioning}
\tikzset{>=stealth}
\begin{document}
\begin{tikzpicture}[node distance = 1.5cm]
\node (test) {I'm a soldier!};
\node (testDesc) [above right = of test] {Yes, you are!};
\draw [->,thick] (testDesc) to [in = 60, out = -120] (test);
\end{tikzpicture}
\end{document}

在这里,我们引入了 tikz 宏包,以及它的 positioning 库,用来绘制和定位 nodes。在 tikzpicture 中,我们建立了两个 node: testtestDesc,后者的位于前者的右上方。最后,我们用绘制了从 testDesctest 的曲线箭头,其样式由之前的 \tikzset{>=stealth} 指定。

这是 TikZ 的基本应用,不必多言。然而我们的需求,是将位于正文中的文字(它应该是一个 node)和正文外 tikzpicture 中的 node 连起来。如果能解决这一点,那么我们就能将未知问题转换为已知问题。

我们从 TeX 的执行过程和 TikZ 出发,思考一下,为了解决这个问题,需要如何操作。首先,我们需要记录 testtestDesc 的位置。由于我们不可能将这个位置信息直接写入输出的 PDF 文件中,所以我们需要将它写入辅助文件中。这意味着,为了正确实现我们需要的效果,我们至少应该编译两次源文件。其次,对于连接 testtestDesc 的箭头来说,它的边界(bounding box)需要特别处理——如果按照正常的方式处理,那么箭头和正文部分就不能重叠。

所幸,TikZ 已经为我们做好了这些工作。我们需要它提供的 remember pictureoverlay 连个选项。它们的作用是:

  • remember picture: 将位置信息写入辅助文件,供后续使用;
  • overlay: 不计算边界,允许与其它内容重叠。

实际实现看看

首先,我们来实现 test 的部分。这部分比较通用,本质上就是用 TikZ 给几个单词打上 node 标记的过程。于是我们可以定义一个命令

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\newcommand{\tikzmark}[3][]
{\tikz[remember picture, baseline]
\node [anchor=base,#1](#2) {#3};}

注意,这里我们用了 remember picture 选项,确保 \tikzmark 的位置会被保存下来。之后,在写注释的时候,就可以引用 \tikzmark 的位置了。这里有一个简单的实现

tikz_comment_sample.tex
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\documentclass{article}
\usepackage{tikz}
\usetikzlibrary{positioning}
\tikzset{>=stealth}

\newcommand{\tikzmark}[3][]
{\tikz[remember picture, baseline]
\node [anchor=base,#1](#2) {#3};}

\usepackage{mwe}
\begin{document}
\blindtext
\tikzmark{test}{I'm a soldier!}
\blindtext

\begin{tikzpicture}[overlay, remember picture, node distance = 1.5cm]
\node (testDesc) [above left = of test, xshift = -1cm] {Yes, you are!};
\draw [->,thick] (testDesc) to [in = 120, out = -60] (test);
\end{tikzpicture}
\end{document}

在写注释的时候,我们给 tikzpicture 环境加上了 overlay 选项。这是因为从 testDesctest 的箭头应该可以与其它正文重叠。这段代码的效果,就是文章开头的那个样子。

还能用在数学公式里?

是的,\tikzmark 也可以写在数学公式里。

comment_to_equation.tex
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\documentclass{article}
\usepackage{amsmath}
\usepackage{tikz}
\usetikzlibrary{positioning}
\tikzset{>=stealth}

\newcommand{\tikzmark}[3][]
{\tikz[remember picture, baseline]
\node [anchor=base,#1](#2) {#3};}

\begin{document}
\[
\mathcal{A} = (\tikzmark{identity}{\texttt{I}} -\tikzmark[red]{G}{\texttt{G}}
\tikzmark[blue]{L}{\texttt{L}} - \tikzmark[purple]{C}{\texttt{C }})
\]
\begin{tikzpicture}[overlay, remember picture,node distance =1.5cm]
\node (identitydescr) [below left=of identity ]{words};
\draw[,->,thick] (identitydescr) to [in=-90,out=90] (identity);
\node[red] (Gdescr) [below =of G]{other words};
\draw[red,->,thick] (Gdescr) to [in=-90,out=90] (G);
\node[blue,xshift=1cm] (Ldescr) [above right =of L]{some words};
\draw[blue,->,thick] (Ldescr) to [in=45,out=-90] (L.north);
\node[purple] (Cdescr) [below right =of C]{more words};
\draw[purple,->,thick] (Cdescr) to [in=-90,out=90] (C.south);
\end{tikzpicture}
\end{document}

你可以试着编译上面的代码,将得到以下效果

期待你能做出更多有趣的效果。:)

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