TikZ は dvipdfmx をどこまでサポートするか？ (2)

前回の記事で dvipdfm での PGF（TikZ）の機能制限として挙げた項目の中に

図画間結合（inter-picture connections）は pdfTeX の最近の版でのみサポートされる。

というものがある。今回の記事ではこの機能および現状の dvipdfmx でのサポート状況について解説する。併せて pTeX 系エンジンでこの機能を使う方法について説明する。

図画間結合とは何か

TikZ では、「ノードに名前を付けて後でその位置を参照する」という機能がある。例えば、以下の例では、5 つのノードに P0〜P4 の名前を付けて、その後で、ノード同士を結ぶ折れ線を「名前を参照して」描いている。

\begin{tikzpicture}
% 5個のノードを名前付きで描く
\node[rectangle,draw] at (  0:1cm) (P0) {0};
\node[rectangle,draw] at ( 72:1cm) (P1) {1};
\node[rectangle,draw] at (144:1cm) (P2) {2};
\node[rectangle,draw] at (216:1cm) (P3) {3};
\node[rectangle,draw] at (288:1cm) (P4) {4};
% ノード同士を結ぶ折れ線を描く
\draw (P0)--(P2)--(P4)--(P1)--(P3)--(P0);
\end{tikzpicture}

通常は、ある tikzpicture 環境((または \tikz 命令。以下同様。))内で定義された「名前」はその環境の中でしか参照できない。「図画間結合」というのは、このように通常ではできない「自身以外の tikzpicture 環境にあるノードの参照」を可能にするための機能である。次のように tikzpicture 環境のオプションに「remember picture」を入れるとこの機能が有効になり、その環境内で定義したノードの位置を、同様に remember picture を付けた((両方の環境で remember picture が必要な理由は、記録された参照元と参照先の「ページ内絶対座標」から参照先の「相対座標」に変換する必要があるため。))別の tikzpicture 環境の中で（通常のノード座標系書式、例えば NodeA.south 等により）参照可能になる。

\begin{tikzpicutre}[remember picture]
  \node[circle,draw](P1) at (0,0) {};
  \coordinate(P2) at (3,2); % coordinate もノードの一種
\end{tikzpicture}
\begin{tikzpicutre}[remember picture,overlay] % overlay に注意
  % 前の tikzpicture 中のノード P1, P2 を参照している
  \draw[->,thick] (P1.east)--(P2);
    % ※無論この例では別環境にする意味はない
\end{tikzpicture}

上の例の 2 つ目の tikzpicture のオプション overlay は「この図の外見のサイズをゼロにする」オプションである。「自身の外の」ノードの位置に何かを描画するという場合、当然その部分が「自身の描画領域（bounding box）」に含まれないように注意を払う必要がある。((これを忘れると「コンパイルする度に領域が拡大する」という妙な現象が起こる。なお、tikzpicture に overlay を付けるとその図全体が大きさを持たないことになるので、これが不適当なら、\useasboundingbox 命令を使うなり、「外に描く」部分を overlay 付きの scope 環境に入れる等の別の方策が必要になる。))（なお、図画間結合を使う場合は、当然ながら、参照元と参照先の tikzpicture 環境は同じページに出力されている必要がある。）

図画間結合を用いた例

先に示した例では図画間結合を使う意味が全くないので、もう少し実用的な例を挙げておく。

\documentclass{article}
\usepackage[a6paper,scale=.8]{geometry}
\usepackage{amsmath}
\usepackage[svgnames]{xcolor} % Green等のSVG色名を使う
\usepackage{tikz}
%% \Anch{<名前>}{<色>}{<テキスト>}
% 指定のテキストを指定の色の四角枠で囲み, 指定の名前をもつTikZの
% ノードとして出力する. 図には remeber picture 属性を付けている
% ので外部から参照可能である.
\newcommand*{\Anch}[3]{%
  \tikz[remember picture,baseline=(#1.base)]
    \node[draw,rectangle,#2] (#1) {\normalcolor #3};
}
\begin{document}
For example consider
\begin{align}
% 数式環境中にノードを配置する
6x\>\Anch{T1}{Green}{$-\>7$} &= \Anch{T2}{Blue}{$4x$} + 8\sqrt2 + 9.
\intertext{By transposing terms we have}
6x\>\Anch{T3}{Blue}{$-\>4x$} &= 8\sqrt2 + 9\>\Anch{T4}{Green}{$+\>7$},
\intertext{and thus}
2x &= 8\sqrt2 + 16,
% ノード間を結ぶ矢印を別のTikZ環境で描く
\begin{tikzpicture}[remember picture,overlay]
\draw[->,Green] (T1.south)--(T4.north);
\draw[->,Blue]  (T2.south)--(T3.north);
\end{tikzpicture}
\end{align}
and they lived happily ever after.
\end{document}

この例の場合、数式を align で配置することが前提となるので、ノードの描画と矢印を単一の TikZ 環境に含めることはできない。*1

「図画間結合」は TeX エンジンに依存する

さて、容易に予想されるように、「図画間結合」の実現には本来の TeX にはない「拡張機能」が使われているので、この機能は「ドライバ依存」となっている。ただし他の「ドライバ依存」と少し事情が異なる。ここで使われている「拡張機能」は「TeX の組版内容内での任意の位置に対するページ内絶対位置を取得する」というものであるが、これは「DVI ドライバ」の拡張機能ではなく「TeX 組版エンジン」の拡張機能なのである。だからこの機能が使えるかどうかは「どの DVI ドライバで PDF に変換するか」ではなく「どの TeX エンジンを用いて文書を組版するか」に依存することになる。*2冒頭で紹介した TikZ のマニュアルの機能制限の説明で

pdfTeX の最近の版でのみサポートされる。

となっているのもこの事情に拠る。（なお、欧文 LaTeX（latex コマンド）の実行にはかなり以前から pdfTeX エンジンが使われるようになっている。）DVI ドライバの違いは関係がないので、dvips のドライバの機能制限も全く同じになっている。従って、「dvipdfmx」でも状況は変わらないということが解るであろう。もし、この「ページ内絶対位置の取得」という拡張機能が本当に pdfTeX でしかサポートされてないとすると、和文組版のために pTeX 系（pTeX／upTeX）のエンジンを用いる場合には「図画間結合」は原理的に使用不可能ということになってしまう。

pTeX 系で「図画間結合」を使う可能性

しかし実状は異なる。「ページ内絶対位置の取得」の機能の現状のサポート状況は次の通りである。

この機能を初めて実装したのが pdfTeX である。それを継承する LuaTeX でも提供される。
XeTeX は pdfTeX 互換ではないが、この機能は提供されている。
pTeX 系エンジンについては、e-TeX 拡張版の e-pTeX ／ e-upTeX であればこの機能が提供されている。

従って、pTeX（upTeX でも同様*3）で「ページ内絶対位置の取得」の機能（を利用した LaTeX パッケージ）を使いたい場合、もし e-pTeX が利用可能であればそれを利用すればよいことになる。TeX Live 2011 以降では pLaTeX（platex コマンド）のエンジンは e-pTeX に置き換えられている。それより少し古い頃の W32TeX *4では eplatex というコマンドで e-pTeX エンジンで動く pLaTeX が利用できる。

pxpgfmark パッケージ

これまでの話から考えると e-pTeX エンジンであれば普通に dvipdfmx のドライバを使って TikZ の「図画間結合」が利用できそうである。ところが残念ながらドライバの実装の都合*5でそうなっていない。これは容易に修正できるので、パッケージを作成した。

pxpgfmark パッケージ（gist/zr-tex8r）

次のように、TikZ パッケージ*6より後にこのパッケージを読み込むと、e-pTeX エンジンで「図画間結合」が有効になる。

\documentclass[dvipdfmx]{jsarticle}
\usepackage[a6paper,scale=.8]{geometry}
\usepackage{amsmath}
\usepackage[svgnames]{xcolor}
\usepackage{tikz}
\usepackage{pxpgfmark} % remember picture を可能にする
%% \Anch{<名前>}{<色>}{<テキスト>}
\newcommand*{\Anch}[3]{%
  \tikz[remember picture,baseline=(#1.base)]
    \node[draw,rectangle,#2] (#1) {\normalcolor #3};
}
\begin{document}
例えば次の例では：
\begin{align}
6x\>\Anch{T1}{Green}{$-\>7$} &= \Anch{T2}{Blue}{$4x$} + 8\sqrt2 + 9
\intertext{移項すると：}
6x\>\Anch{T3}{Blue}{$-\>4x$} &= 8\sqrt2 + 9\>\Anch{T4}{Green}{$+\>7$}
\intertext{ゆえに：}
2x &= 8\sqrt2 + 16
\begin{tikzpicture}[remember picture,overlay]
\draw[->,Green] (T1.south)--(T4.north);
\draw[->,Blue]  (T2.south)--(T3.north);
\end{tikzpicture}
\end{align}
めでたしめでたし。
\end{document}