Latex中也能展示动态图？

技术背景

在学术领域，很多文档是用Latex做的，甚至有很多人用Latex Beamer来做PPT演示文稿。虽然在易用性和美观等角度来说，Latex Beamer很大程度上不如PowerPoint，但是Beamer这种浓厚的学术色彩还是受到了很多人的喜好。但是我们知道Latex生成的文档一般是用pdf格式来存储的，如果放一个gif动态图进去，就可能会变成一个静态图，那就没办法展示整个动态的过程了。幸运的是，Latex还有一种比较麻烦的方法，对动态图也做了一定的支持。本文所使用的案例，是一个比较热门的猴痘病毒蛋白的松弛过程。碍于动态图比较大，在博客里面放不下，故只能用这种链接索引+静态图展示的方案。

图片拆分

第一步，我们需要使用工具将一个Gif图片拆解成一系列的png图片。在Windows下有很多拆解工具可以使用，需要的童鞋可以自行搜索。但是对于一个Coder而言，用Python来进行拆解，可能是最方便的操作，也是这里我们比较推荐的方案——pillow。我们可以先用pip安装更新一下本地的pillow：

$ python3 -m pip install pillow --upgrade
Requirement already satisfied: pillow in /home/dechin/miniconda3/lib/python3.9/site-packages (8.4.0)
Collecting pillow
  Downloading Pillow-9.2.0-cp39-cp39-manylinux_2_17_x86_64.manylinux2014_x86_64.whl (3.1 MB)
     ━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━ 3.1/3.1 MB 2.2 MB/s eta 0:00:00
Installing collected packages: pillow
  Attempting uninstall: pillow
    Found existing installation: Pillow 8.4.0
    Uninstalling Pillow-8.4.0:
      Successfully uninstalled Pillow-8.4.0
Successfully installed pillow-9.2.0

安装完成后，直接在Ipython或者普通python的终端命令行调用即可，如果确实需要比较复杂操作的话，也可以写成脚本来运行：

In [1]: from PIL import Image

In [2]: import os

In [3]: gif_name = 'Q8V4Y0.gif'

In [4]: img = Image.open(gif_name)

In [5]: os.mkdir('pngs')

In [6]: !ls -l
total 15836
-rwxr-xr-x 1 dechin dechin 16211906 Sep 21 10:11 Q8V4Y0.gif
drwxr-xr-x 2 dechin dechin     4096 Sep 21 10:17 pngs

In [7]: while True:
   ...:     current = img.tell()
   ...:     img.save('pngs/'+str(current)+'.png')
   ...:     img.seek(current+1)
   ...:
-----------------------------------------------------------
EOFError                  Traceback (most recent call last)
~/miniconda3/lib/python3.9/site-packages/PIL/GifImagePlugin.py in seek(self, frame)
    151             try:
--> 152                 self._seek(f)
    153             except EOFError as e:

~/miniconda3/lib/python3.9/site-packages/PIL/GifImagePlugin.py in _seek(self, frame, update_image)
    185         if not s or s == b";":
--> 186             raise EOFError
    187

EOFError:

The above exception was the direct cause of the following exception:

EOFError                  Traceback (most recent call last)
<ipython-input-7-45000e59c5e9> in <module>
      2     current = img.tell()
      3     img.save('pngs/'+str(current)+'.png')
----> 4     img.seek(current+1)
      5

~/miniconda3/lib/python3.9/site-packages/PIL/GifImagePlugin.py in seek(self, frame)
    153             except EOFError as e:
    154                 self.seek(last_frame)
--> 155                 raise EOFError("no more images in GIF file") from e
    156
    157     def _seek(self, frame, update_image=True):

EOFError: no more images in GIF file

In [8]: !ls -l pngs/
total 37276
-rw-r--r-- 1 dechin dechin 277605 Sep 21 10:18 0.png
-rw-r--r-- 1 dechin dechin 766892 Sep 21 10:18 1.png
-rw-r--r-- 1 dechin dechin 770417 Sep 21 10:18 10.png
-rw-r--r-- 1 dechin dechin 773093 Sep 21 10:18 11.png
-rw-r--r-- 1 dechin dechin 773101 Sep 21 10:18 12.png
-rw-r--r-- 1 dechin dechin 768060 Sep 21 10:18 13.png
-rw-r--r-- 1 dechin dechin 772558 Sep 21 10:18 14.png
-rw-r--r-- 1 dechin dechin 767242 Sep 21 10:18 15.png
-rw-r--r-- 1 dechin dechin 768024 Sep 21 10:18 16.png
-rw-r--r-- 1 dechin dechin 766089 Sep 21 10:18 17.png
-rw-r--r-- 1 dechin dechin 771081 Sep 21 10:18 18.png
-rw-r--r-- 1 dechin dechin 768937 Sep 21 10:18 19.png
-rw-r--r-- 1 dechin dechin 771098 Sep 21 10:18 2.png
-rw-r--r-- 1 dechin dechin 768942 Sep 21 10:18 20.png
-rw-r--r-- 1 dechin dechin 774666 Sep 21 10:18 21.png
-rw-r--r-- 1 dechin dechin 769060 Sep 21 10:18 22.png
-rw-r--r-- 1 dechin dechin 768860 Sep 21 10:18 23.png
-rw-r--r-- 1 dechin dechin 774749 Sep 21 10:18 24.png
-rw-r--r-- 1 dechin dechin 769303 Sep 21 10:18 25.png
-rw-r--r-- 1 dechin dechin 770692 Sep 21 10:18 26.png
-rw-r--r-- 1 dechin dechin 773657 Sep 21 10:18 27.png
-rw-r--r-- 1 dechin dechin 772078 Sep 21 10:18 28.png
-rw-r--r-- 1 dechin dechin 769908 Sep 21 10:18 29.png
-rw-r--r-- 1 dechin dechin 771034 Sep 21 10:18 3.png
-rw-r--r-- 1 dechin dechin 771412 Sep 21 10:18 30.png
-rw-r--r-- 1 dechin dechin 771772 Sep 21 10:18 31.png
-rw-r--r-- 1 dechin dechin 771312 Sep 21 10:18 32.png
-rw-r--r-- 1 dechin dechin 771232 Sep 21 10:18 33.png
-rw-r--r-- 1 dechin dechin 768273 Sep 21 10:18 34.png
-rw-r--r-- 1 dechin dechin 772945 Sep 21 10:18 35.png
-rw-r--r-- 1 dechin dechin 775270 Sep 21 10:18 36.png
-rw-r--r-- 1 dechin dechin 772346 Sep 21 10:18 37.png
-rw-r--r-- 1 dechin dechin 770087 Sep 21 10:18 38.png
-rw-r--r-- 1 dechin dechin 768827 Sep 21 10:18 39.png
-rw-r--r-- 1 dechin dechin 771078 Sep 21 10:18 4.png
-rw-r--r-- 1 dechin dechin 771802 Sep 21 10:18 40.png
-rw-r--r-- 1 dechin dechin 773822 Sep 21 10:18 41.png
-rw-r--r-- 1 dechin dechin 770597 Sep 21 10:18 42.png
-rw-r--r-- 1 dechin dechin 771889 Sep 21 10:18 43.png
-rw-r--r-- 1 dechin dechin 774457 Sep 21 10:18 44.png
-rw-r--r-- 1 dechin dechin 771072 Sep 21 10:18 45.png
-rw-r--r-- 1 dechin dechin 773136 Sep 21 10:18 46.png
-rw-r--r-- 1 dechin dechin 771072 Sep 21 10:18 47.png
-rw-r--r-- 1 dechin dechin 771411 Sep 21 10:18 48.png
-rw-r--r-- 1 dechin dechin 773853 Sep 21 10:18 49.png
-rw-r--r-- 1 dechin dechin 771607 Sep 21 10:18 5.png
-rw-r--r-- 1 dechin dechin 771951 Sep 21 10:18 6.png
-rw-r--r-- 1 dechin dechin 774519 Sep 21 10:18 7.png
-rw-r--r-- 1 dechin dechin 768478 Sep 21 10:18 8.png
-rw-r--r-- 1 dechin dechin 769771 Sep 21 10:18 9.png

这个运行的过程中有一处报错，但是可以不用在意，有条件的童鞋可以加一个try-except即可。而这里我们最终是在指定路径下成功生成了一系列的png图片文件，接下来可以考虑放到Latex里面去。

Latex加载动态图

先看一下加载这个动态图的Latex案例，其实非常简单，就是用animate来加载一系列带数字的png图片，用来动态展示：

\documentclass{beamer}
\usepackage{graphicx} % Allows including images
\usepackage{animate}

\begin{document}
\animategraphics[width=0.5\linewidth, autoplay=True]{24}{imgs/}{0}{49}
\end{document}

其中imgs/需要替换为你自己的图片存储路径，{0}{49}是图片后缀编号，我这里Gif拆完之后是有50张，width=0.5\linewidth是用来调整图片大小的，一般调节这几个参数就够了。不过，为了避免Latex使用中可能出现的各种环境依赖问题，推荐测试的时候使用Overleaf自带的环境，这样可以避免很多的麻烦：

这里还有一个问题是，不是所有的pdf阅读器都支持这样的插件，即使是生成了动态图，在一部分的阅读器下可能也无法正常播放，推荐使用Adobe Acrobat Reader DC，具体的安装方法这里就不过多的介绍，大家可以自行搜索。

打开之后是可以正常播放的，这里还是放了一个截图用来展示功能。还有一个比较酷的功能是，Latex的animate还可以附带一些控制组件：

\documentclass{beamer}
\usepackage{graphicx} % Allows including images
\usepackage{animate}

\begin{document}
\animategraphics[width=0.5\linewidth, autoplay=True, loop, controls]{24}{imgs/}{0}{49}
\end{document}

加上控制组件之后，不仅可以循环播放，还可以暂停、逐帧控制、加速、慢放、回放等等，依然是先用Overleaf的环境进行编译：

然后下载到本地使用Acrobat Reader打开：

虽然比PowerPoint麻烦了许多，但是Latex也能够实现这样的功能，还是很让人欣慰的。

总结概要

本文介绍了一个可以在Latex生成的PDF中展示动态图的解决方案，该方案依赖于三个东西：Python+Pillow的环境（或者其他可以将Gif拆分成众多png图片的工具/网站）、Overleaf的账号（或者具备animate的Latex环境）以及Acrobat Reader阅读器（或者其他可以支持pdf中的动态演示功能的阅读器）。虽然一系列的操作下来非常的麻烦，但是最终我们还是可以在Latex生成的PDF中成功的进行了动态展示。