MetaPost (MetaPost)
| MetaPost | |
|---|---|
 | |
| Класс языка | императивный |
| Появился в | 1994 |
| Автор | Джон Хобби |
| Выпуск | 1.8 (17 июня 2013) |
| Тестовая версия | 2.0rc2 (19 февраля 2018) |
| Система типов | неявная, динамическая, строгая |
| Испытал влияние | METAFONT |
| Повлиял на | Asymptote |
| Лицензия | GNU LGPL |
| Сайт | tug.org/metapost |
 Медиафайлы на Викискладе | |
MetaPost — интерпретатор языка программирования META, который можно использовать для создания графических иллюстраций. MetaPost был создан Джоном Хобби в то время, когда он был аспирантом у Дональда Кнута. В качестве основы была взята система создания шрифтов METAFONT[1].
На входе интерпретатору подаётся текст на META, а на выходе получается графический файл в формате PostScript[2]. Начиная с версии 1.200 MetaPost поддерживает в качестве выходного формата SVG-графику[3].
Язык META, унаследованный от METAFONT, позволяет оперировать геометрическими объектами, такими как: точка, путь, картинка и выполнять над ними различные алгебраические действия, например, сдвиг, вращение и другие линейные преобразования.
Основными отличиями MetaPost от METAFONT кроме выходного формата является наличие поддержки цвета и возможность делать текстовые вставки. Текстовые вставки создаются с помощью TeX, таким образом, любая конструкция, которая может быть создана в TeX, также может быть вставлена в картинку MetaPost. Кроме этого изначально автор MetaPost Джон Хобби разработал библиотеку METAOBJ (“metapost Objects”) для визуализации двумерных графиков[4][5].
Интерпретатор MetaPost (исполняемый файл mpost) вместе со стандартными макро-библиотеками распространяется как открытое программное обеспечение, обычно, в составе дистрибутивов TeX.
MetaPost-конвейер
[править | править код]
На вход программы mpost подаётся «META-картинка». «META-картинка» — это текстовый файл с расширением .mp (далее для краткости mp-файл) с инструкциями на языке META. В одном mp-файле можно хранить несколько описаний картинок. При компиляции с помощью mpost создаются файлы с тем же именем, что и у исходного файла, но с расширениями в виде чисел, которые указываются в декларации beginfig. Результирующие файлы сразу можно вставлять в LaTeX-тексты с помощью обычного \includegraphics. Для этого достаточно в заголовок tex-файла добавить команду из LaTeX-пакета graphicx:
\DeclareGraphicsRule{*}{eps}{*}{}
От «правильных» eps-файлов они отличаются только тем, что в них не «внедрены» шрифты, поэтому просмотреть их без дополнительной обработки не удастся.
Шрифты можно внедрить посредством программ latex и dvips с результатом в виде eps-файла или скрипта mptopdf с результатом в виде pdf-файла. Эти картинки уже можно использовать независимо любой программой, которая поддерживает эти векторные форматы.
Кириллица и MetaPost
[править | править код]Внедрить кириллицу в метки MetaPost можно только с помощью LaTeX. Для этого mp-файл должен иметь примерно следующий заголовок:
verbatimtex
\documentclass[12pt]{minimal}
%простейшая кириллизация
\usepackage[koi8-r]{inputenc}
\usepackage[english,russian]{babel}
\begin{document}
etex;
Этот заголовок будет использоваться каждый раз, когда MetaPost доходит до текста, находящегося между метками btex и etex. Если для создание метки требуется какой-либо пакет LaTeX, то, соответственно, необходимо добавить этот пакет в заголовок стандартным образом.
Для того, чтобы при создании надписи использовался именно latex, интерпретатор mpost должен запускаться с опцией -tex=latex. Если эта опция отсутствует, то информацию о том, что следует запускать, mpost ищет в переменной окружения TEX. По умолчанию вместо latex запускается tex.
Если в тексте определяется переменная prologues, то она должна быть равна 0. В этом случае все необходимые шрифты «подшиваются» к картинке в момент, когда создаются eps и pdf-файлы.
Структура mp-файла
[править | править код]После заголовка идут описания картинок. Каждая картинка заключается между командами beginfig и endfig. В качестве параметра beginfig указывается порядковый номер картинки. При компиляции этот номер будет добавляться к картинке как расширение. Пример:
%Математический HelloWorld
beginfig(3) ;
for alpha:=90 step -9 until 0:
label(btex \(f(x)=
\frac{1}{\sqrt{2\pi}\,\sigma}
\int\limits_{-\infty}^{\infty}
e^{-\frac{x^2}{2\sigma^2}}dx\) etex
scaled (5*(1-alpha/100)) rotated alpha,(0,0))
withcolor(max(1-alpha/45,0)*red+min(alpha/45,2-alpha/45)*green+max(alpha/45-1,0)*blue);
endfor;
endfig ;
Файл должен закончиться командой end. или bye. Эти команды дают понять интерпретатору mpost, что обработка закончена.
Автоматизация
[править | править код]Для автоматизации получения картинок с помощью MetaPost можно использовать следующий Makefile:
#временный файл
tmp_file := tmp_file
#программы
LATEX := latex
MPOST := mpost -tex=latex
DVIPS := dvips
MPTOPDF := mptopdf
MV := mv
all:
@echo "run: make mpfile.n.[eps|pdf] - where n is the picture number"
%.eps: %
@echo "\documentclass[12pt]{minimal}">$(tmp_file).tex
@echo "\usepackage[koi8-r]{inputenc}">>$(tmp_file).tex
@echo "\usepackage[english,russian]{babel}">>$(tmp_file).tex
@echo "\usepackage{graphicx}">>$(tmp_file).tex
@echo "\DeclareGraphicsRule{*}{eps}{*}{}">> $(tmp_file).tex
@echo "\nofiles">>$(tmp_file).tex
@echo "\begin{document}">> $(tmp_file).tex
@echo "\thispagestyle{empty}">> $(tmp_file).tex
@echo "\includegraphics{$(basename $@)}">> $(tmp_file).tex
@echo "\end{document}">> $(tmp_file).tex
@$(LATEX) $(tmp_file)
@$(DVIPS) -E -o $@ $(tmp_file)
@rm $(tmp_file).*
%.pdf: %
@$(MPTOPDF) $<
@$(MV) `echo $< | sed -e "s/\.\([0-9]\+\)$$/-\1.pdf/"` $<.pdf
clean:
@rm -f mpx* *~ *.log *.mpx
@rm -f $(tmp_file).*
#Зависимости для mpost-картинок.
#По одной для каждого числа из beginfig
%.1:%.mp
$(MPOST) $<
…
%.64:%.mp
$(MPOST) $<
Чтобы на выходе получить готовую eps-картинку с уже «внедрёнными» шрифтами, которую можно вставить уже куда угодно, достаточно выполнить следующую команду:
make <имя mp-файла>.<номер картинки>.[eps|pdf]
Обычно mp-файлам даются короткие имена.
Как вариант, предлагается shell-скрипт (mp2pdf.sh), который делает практически то же самое. Предполагается использование GNU/Linux (или подобной ОС).
Скрипт для каждого beginfig(n)-блока сделает файлы filen.eps и filen.pdf, где file — имя исходного MetaPost-файла, n — номер блока. В скрипте предусмотрено размещения полученных файлов в отдельных каталогах. Имена каталогов задаются переменными EPS_DIR и PDF_DIR. Если каталогов с такими именами не существуют, то скрипт автоматически создаёт их.
#!/bin/sh
# Скрипт для превращения MetaPost файла в EPS и PDF рисунки
# каталоги для хранения eps- и pdf-файлов
EPS_DIR=./eps
PDF_DIR=./pdf
TMP_FILE=tmp
if [[ "$@" == ""]];
then
echo
echo Скрипт обрабатывает mp-файл, создает eps- и pdf-файлы и
echo перемещает их соответственно в каталоги $EPS_DIR и $PDF_DIR
echo Использование: ./mp2pdf.sh file.mp
echo
exit
fi
if [ ! -d $EPS_DIR ]; then
echo ======== Создание каталога для eps-файлов
mkdir $EPS_DIR
fi
if [ ! -d $PDF_DIR ]; then
echo ======== Создание каталога для pdf-файлов
mkdir $PDF_DIR
fi
echo ======== Исходный файл: $@
list=`grep beginfig $1 | sed -e 's/beginfig(//' -e 's/);//'`
echo ======== Список блоков: $list
echo ======== Запуск mpost...
mpost -tex=latex $1
for i in $list # цикл по блокам beginfig()
do
epsi=${1%mp}$i
eps=${1%.mp}${i}.eps
pdf=${1%.mp}${i}.pdf
echo Блок ${i}: ' >> ' $epsi ' >> ' $eps ' >> ' $pdf
if [ ! -e $epsi ]; then
echo
echo Ошибки при обработке mp-файла!
echo
exit
else
echo ======== MetaPost ===== Ok!
fi
echo ======== Генерация временного LaTeX-файла...
echo \\documentclass[12pt]{article} > ${TMP_FILE}.tex
echo \\usepackage{mathtext} >> ${TMP_FILE}.tex
echo \\usepackage{amsmath} >> ${TMP_FILE}.tex
echo \\usepackage[T2A]{fontenc} >> ${TMP_FILE}.tex
echo \\usepackage[koi8-r]{inputenc} >> ${TMP_FILE}.tex
echo \\usepackage[english,russian]{babel} >> ${TMP_FILE}.tex
echo \\usepackage{graphics} >> ${TMP_FILE}.tex
echo \\begin{document} >> ${TMP_FILE}.tex
echo \\pagestyle{empty} >> ${TMP_FILE}.tex
echo \\includegraphics{${epsi}} >> ${TMP_FILE}.tex
echo \\end{document} >> ${TMP_FILE}.tex
echo ======== Запуск LaTeX...
latex ${TMP_FILE}
if [ ! -e ${TMP_FILE}.dvi ]; then
echo
echo ======== Не найден dvi-файл!
echo
exit
else
echo ======== LaTeX ===== Ok!
fi
echo ======== Запуск dvips...
dvips -E ${TMP_FILE} -o $eps
echo ======== Запуск epstopdf...
epstopdf $eps
if [[ -e $pdf]]; then
mv $eps $EPS_DIR
mv $pdf $PDF_DIR
echo ======== Перенос $eps и $pdf в нужное место...
fi
echo ======== Зачистка...
rm *.log *.mpx ${TMP_FILE}.* *.aux *.dvi *.tex $epsi 2>>/dev/null
done
Скрипт надо сделать исполняемым:
chmod +x ./mp2pdf.sh
Использование:
./mp2pdf.sh file.mp
Пример MetaPost-файла для тестирования:
%% Шаблон для mp-файлов
prologues:=0;
% LaTeX; работает вместе с "mpost -tex=latex file.mp" (см. скрипт выше)
verbatimtex \documentclass[12pt]{article}
\usepackage{mathtext}
\usepackage{amsmath}
\usepackage[T2A]{fontenc}
\usepackage[koi8-r]{inputenc}
\usepackage[english,russian]{babel}
\begin{document}
etex;
beginfig(1);
draw (0,0)--(0,100)--(100,100)--(100,0)--cycle;
label(btex Метка: $\alpha_1$ etex, (50,50));
endfig;
end.
Язык META
[править | править код]В качестве базового языка, инструкции которого подаются на вход программы MetaPost, используется язык META[6].
В MetaPost можно оперировать следующими типами данных:
- boolean — логический (Истина/Ложь)
- numeric — обычные числа
- pen (перо) — то, чем компьютер рисует (в подавляющем большинстве случаев используется круглое перо
pencircle) - pair (точка) — пара чисел (x, y) в случае декартовых координат или R*dir(α) в случае полярных координат
- path (путь) — набор точек с описанием типа соединений между ними
- color (цвет) — тройка чисел (r, g, b) соответствует цветовой модели RGB
- picture (картинка) — совокупность путей и точек
- string (строка) — ASCII строка,
- transform (линейные преобразования) — линейные преобразования, которые можно применять к объектам типа
pair,pen,pathиpicture.
Имена переменных в META могут состоять из нескольких лексем. Лексемы могут быть либо буквенными, либо числовыми. Например, переменная x1l состоит из трёх лексем. Её можно переписать более понятным способом x[1].l, то есть числовая лексема по сути указывает на номер элемента в массиве, а следующая за ней буква уточняет элемент структуры. Возможность опускать «[].» в написании имён переменных упрощает в некоторых случаях восприятие кода (например, — это x-координата границы линии слева по направлению движения для первой точки пути z[]) и сокращает объём программы. Взамен, если нужны просто переменные без подобных особенностей, то придётся ограничиться только буквенными комбинациями.
Все переменные необходимо объявлять перед использованием. Исключением являются переменные типа numeric. Массивы объявляются и используются следующим образом:
pair w[];
w1:=(10,5);
w2:=w1;
Взаимодействие переменных, чисел и операторов вполне естественно, но достаточно нетривиально. Описание этого достойно отдельного раздела. В любом случае следует действовать по правилу: если сомневаетесь, то расставляйте скобки в нужных местах.
В META можно опускать некоторые из операторов для сокращения записей, например, 2*x соответствует записи 2x. При этом 1/2x — это 0.5x, что более естественно с точки зрения математики, но не программирования. В META сначала обрабатываются числовые лексемы.
Набор стандартных вычислительных операций расширен с учётом специализации языка. В частности, поддерживаются операции пифагорова сложения , пифагорова вычитания , целочисленное деление div и возведение в степень .
В языке присутствуют операторы цикла, условных переходов и тому подобное. Отличительной особенностью META является возможность решать системы линейных уравнений. Например, выражение вида , означает, что точка C находится ровно посередине между точками А и B.
![{\displaystyle C=1/2[A,B]}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/586773097e3ac70e8a05a20b49a137cabe0ef736)
Программу mpost можно использовать в режиме калькулятора для вычислений на языке META. Это позволяет проверить правильность ваших предположений относительно языка. Пример сеанса представлен ниже:
baldin@evgueni:~$ mpost
This is MetaPost, Version 0.901 (Web2C 7.5.5)
**\relax
*a:=10;
*b:=8;
*c:=a+-+b;
*show c;
>> 6
*show (3-sqrt 5)/2;
>> 0.38197
*show angle(1,sqrt 3);
>> 60.00008
*show 2**10;
>> 1024.00003
*show infinity;
>> 4095.99998
*show epsilon;
>> 0.00002
*show infinity-infinity;
>> 0
*end
Transcript written on mpout.log.
После вывода приглашения ** следует набрать команду \relax. Далее можно вводить команды MetaPost. Делать это надо аккуратно, так как этот режим не поддерживает «истории команд». В начале не предполагалось, что MetaPost можно использовать и так тоже. С помощью команды show можно вывести результат на экран. Закончить сеанс можно с помощью команды end. Обратите внимание, что на просьбу вывести бесконечность (infinity) MetaPost выдал 4095.99998 — это максимальное значение, которое может принимать переменная типа numeric. Причём в процессе вычисления результат может превышать «бесконечность», но ответ должен быть меньше или равен ей, иначе будет выдана ошибка. Минимальный шаг изменения типа numeric равен epsilon, или, точнее, 1/256/256. При создании рисунка эти ограничения не существенны, так как диапазон изменения чисел вполне велик, чтобы вместить все элементы. Но в любом случае это тоже необходимо учитывать.
Если необходимо вычислить однострочное выражение, то на первоначальное приглашение ** можно ввести expr. В этом случае mpost считает файл expr.mf и на любое действие будет выдаваться ответ:
baldin@evgueni:~$ mpost
This is MetaPost, Version 0.901 (Web2C 7.5.5)
**expr
(/usr/local/texlive/2005/texmf-dist/metafont/base/expr.mf
gimme an expr: 2(a+3b)-2b
>> 4b+2a
gimme an expr: 1/3[a,b]
>> 0.33333b+0.66667a
Примеры
[править | править код]-
Лого MetaPost на Википедии. -
Узор из черепашек. Пример использования объекта picture (картинка). -
Треугольник Паскаля. Пример вставки текста. -
Траектории точек на колесе во время поступательного движения без проскальзывания. Пример использования цикла. -
Пример использования линейных преобразований. -
Число постов на LOR от номера месяца в году. Пример простого графика. -
Фрактальные узоры. Пример рекурсии. -
Распределение материи во Вселенной. Пример круговой диаграммы
Код каждого примера приведён в описании соответствующей картинки.
Известен пример нестандартного применения программы. С 1996 по 1999 год авторы спелеопрограммы Therion[7] написали DSL METAPOST для преобразования 2D-карт в 3D-модели пещер, а все подписи реализовали в формате TEX[8].
Аналоги
[править | править код]MetaPost имеет некоторое количество ограничений, доставшихся ему в наследство от METAFONT. Попытка обойти эти ограничения легла в основу создания программного интерпретатора Asymptote[9]. Язык, используемый Asymptote, похож на META, но вследствие перехода от синтаксиса макро-языка к синтаксису C++ гораздо более многословен и сложен. Основное преимущество Asymptote заключается в лучшей поддержке возможностей PostScript.
Functional MetaPost — DSL для графики встроенный в Haskell, который генерирует код MetaPost.[10]
METAGRAF — графический интерфейс над MetaPost. Написан на Java. По возможностям напоминает xfig. Картинки сохраняет в формате MetaPost.[11]
Среди программного окружения LaTeX аналогичной MetaPost функциональностью также обладают пакеты PSTricks и PGF/TikZ.
На основе программной базы MetaPost был создан инструмент METATYPE1 для разработки Type1 шрифтов.
Примечания
[править | править код]- ↑ John D. Hobby, A METAFONT-like System with PostScript Output, Tugboat, the TeX User's Group Newsletter, 10(4), 1989. Дата обращения: 4 января 2011. Архивировано из оригинала 15 мая 2012 года.
- ↑ John D. Hobby, Introduction to MetaPost, Proceedings of EuroTeX '92, 1992. Архивная копия от 15 мая 2012 на Wayback Machine MetaPost is a picture-drawing language very much like METAFONT except with PostScript output. The language provides access to all major features of Level 1 PostScript® and it has facilities for integrating graphics with typeset text.
- ↑ MetaPost 1.200 announcement. Дата обращения: 4 января 2011. Архивировано 5 сентября 2014 года.
- ↑ John D. Hobby, Drawing Graphs with MetaPost, AT&T Bell Laboratories Computing Science Technical Report 164, 1992. Дата обращения: 4 января 2011. Архивировано из оригинала 15 мая 2012 года.
- ↑ Источник. Дата обращения: 31 июля 2022. Архивировано 31 июля 2022 года.
- ↑ Е.М. Балдин Введение в MetaPost Архивная копия от 4 сентября 2016 на Wayback Machine // Linux Format 76 (февраль 2006)
- ↑ About Therion. therion.speleo.sk. Дата обращения: 25 ноября 2022. Архивировано 4 декабря 2022 года.
- ↑ Глубокие последствия: краткий экскурс в высокотехнологичную спелеологию. Хабр. Дата обращения: 25 ноября 2022. Архивировано 24 ноября 2022 года.
- ↑ Asymptote: A vector graphics language John C. Bowman and Andy Hammerlindl, TUGBOAT: The Communications of the TeX Users Group, 29:2, 288-294 (2008). Дата обращения: 4 января 2011. Архивировано 17 июля 2011 года.
- ↑ Functional MetaPost. Дата обращения: 3 сентября 2006. Архивировано из оригинала 13 ноября 2008 года.
- ↑ METAGRAPH. Дата обращения: 3 сентября 2006. Архивировано 31 августа 2006 года.
Ссылки
[править | править код]- MetaPost on the Web (англ.). TEX users group. Дата обращения: 1 января 2011. Архивировано из оригинала 8 февраля 2012 года.
- Евгений Балдин. Создание иллюстраций в MetaPost (2006). — Цикл статей в журнале Linux Format. Дата обращения: 1 января 2011. Архивировано из оригинала 20 марта 2012 года.
- Джон Хобби и участники проекта развития MetaPost. A User’s Manual for MetaPost 1.212 (англ.). TEX users group (19 октября 2010). Дата обращения: 1 января 2011. Архивировано из оригинала 8 февраля 2012 года.
- Джон Хобби и участники проекта развития MetaPost/ Пер. Владимира Лидовского. MetaPost руководство пользователя (A User’s Manual for MetaPost 1.004). CTAN (10 мая 2008). Дата обращения: 5 января 2011. Архивировано из оригинала 8 февраля 2012 года.
- Домашняя страничка Джона Хобби
- Основополагающие статьи по MetaPost Джона Хобби
- André Heck. Руководство пользователя MetaPost (англ.). MAPS (2005). Дата обращения: 5 января 2011. Архивировано из оригинала 8 февраля 2012 года.
- Vincent Zoonekynd. Metapost : exemples (фр.) (2003). — Большое количество примеров. Дата обращения: 5 января 2011. Архивировано из оригинала 8 февраля 2012 года.
- Jean-Michel Sarlat. Galeries MetaPost (фр.) (11 декабря 2005). — Фракталы, геометрия, картинки «под Эшера». Дата обращения: 5 января 2011. Архивировано из оригинала 8 февраля 2012 года.
- Создание векторных картинок в MetaPost https://habr.com/post/423571/
Литература
[править | править код]- Дональд Кнут. Всё про METAFONT = The METAFONTbook. — М.: Вильямс, 2003. — 384 с. — ISBN 5-8459-0442-0.
- М. Гуссенс, С. Ратц, Ф. Миттельбах. Путеводитель по пакетам LaTeX и его графическим расширениям = The LaTeX Graphics Companion. — М.: Мир, 2002. — 621 с. — ISBN 5-03-003388-2.
- Е. М. Балдин. Создание иллюстраций в MetaPost.
- Джон Хобби и команда разработки MetaPost. METAPOST Руководство пользователя. — 1.004.1.
| Макропакеты | |
|---|---|
| Альтернативные движки ΤΕΧ | |
| Дистрибутивы | |
| Сообщество | |
| Разное | |