その他の描画系（PSTricks / Asymptote ほか）

「PSTricks は過去の道具、TikZ は現役」——よく聞く整理ですが、TeX Live 2024 の中身を見ると話が逆さまになります。同梱の PSTricks は 2024 年 2 月 2 日付の v3.19c で、いまも新版が出ています。一方、可換図式の定番として名高い Xy-pic が最後に更新されたのは 2013 年 10 月 6 日で、コンパイルのたびにその日付を自分でログに書きます。このページでは LaTeX で TikZ 以外に使える四つの描画系——PostScript を呼ぶ PSTricks、図式の古参 Xy-pic、独立した言語である Asymptote、METAFONT の血を引く MetaPost——を、それぞれの 出力経路 を軸に見ていきます。選択を分けるのは表現力よりも、どのエンジンでどう組めるかだからです。

新しく描き始めるなら、やはり TikZ でよいのか

はい、ほぼ確実に TikZ です。理由は機能ではなく 摩擦のなさ にあります。TikZ は pdflatex・lualatex・xelatex のどれでも、外部プログラムなしに、追加のコンパイル段階なしに動きます。このページで扱う四つは、どれかの条件を必ず一つは崩します。PSTricks は pdfLaTeX で直接は動かず、Asymptote は外部バイナリと三段階のコンパイルを要求し、MetaPost は LuaLaTeX か専用プログラムを前提とし、Xy-pic は動くけれども 2013 年で更新が止まっています。それでも他の系を知る価値があるのは、既存文書の保守、本格的な 3D、ConTeXt のような特定のエコシステム という三つの事情があるからです。

PSTricks —— 30 年ものの、いまも更新されている系

PSTricks は、PostScript の描画機能を TeX/LaTeX のソースから直接呼び出すマクロ群です。pstricks.tex の先頭に並ぶ著作権表示が、この系の履歴をそのまま語っています——Timothy Van Zandt（1993, 1994, 1999）、Denis Girou（2000–2003）、そして Herbert Voß（2004 年以降）。三代にわたって受け継がれ、TeX Live 2024 に入っている版は v3.19c、日付は 2024 年 2 月 2 日です。「古い」のは設計思想であって、保守状況ではありません。

文法は名前から働きが読める部類です。\psline は線（折れ線）、\pscircle は円、\psframe は長方形。座標は丸括弧で \psline(0,0)(3,2) のように与え、円は中心と半径を \pscircle(2,2){1} と書きます。図全体は pspicture 環境 に入れ、開くときに左下と右上の座標を \begin{pspicture}(0,0)(4,3) のように渡します。任意のものを座標に置くのが \rput、角度や寄せを足したいときは \uput です。線種・矢じり・色は角括弧のオプションでまとめて指定します。

\begin{pspicture}(0,0)(4,3)
  \psframe(0,0)(4,3)
  \psline[linewidth=1pt]{->}(0,0)(3,2)
  \pscircle(2,1.5){1}
  \rput(2,1.5){$O$}
\end{pspicture}

この図は幅 4・高さ 3 の枠を引き、原点から (3,2) へ矢印付きの線分を伸ばし、中心 (2,1.5)・半径 1 の円を重ね、円の中心に O を置きます。派生パッケージも豊富で、pst-plot（関数プロット）、pst-node（ノードと結線）、pst-3dplot（3D）などが揃っています。表現力の点では今でも十分に強力です。問題は次節の一点に集約されます。

PSTricks を pdfLaTeX で組むと出るエラーと、その回避策

最初の描画命令のところで ! Undefined control sequence. が出ます。TeX Live 2024 で \usepackage{pstricks} した文書を pdflatex に通すと、\psframe の行でこう止まりました——"! Undefined control sequence. \c@lor@to@ps ->\PSTricks _Not_Configured_For_This_Format"。展開の途中で \PSTricks_Not_Configured_For_This_Format という、わざと未定義にしてある目印のトークン が現れているわけで、「このフォーマットには対応していない」と名前で叫んでいます。厄介なのは、nonstopmode だとこのエラーを何十回も出しながら PDF は最後まで出る ことです——図だけが抜け落ちた PDF が。

原因は出力の仕組みそのものにあります。PSTricks は描画を PostScript の \special——DVI に埋め込む特殊命令——として書き出す設計で、PDF を直接吐く pdflatex にはその受け皿がありません。逃げ道は三つ、いずれも実際に TeX Live 2024 で動くことを確認しました。

# route 1: the classic DVI path
latex figure.tex
dvips figure.dvi -o figure.ps
ps2pdf figure.ps

# route 2: stay in pdflatex, let auto-pst-pdf shell out
pdflatex --shell-escape figure.tex

# route 3: just use xelatex - no extra package needed
xelatex figure.tex

経路 1 は古典で、いちばん確実です。latex で DVI を作り、dvips で PostScript にし、ps2pdf（Ghostscript）で PDF にします。ここで一つ実測の注意——Ghostscript 10.03.0 は途中で "WARNING: Transparency operations ignored - need to use -dALLOWPSTRANSPARENCY" を出しました。PSTricks の透明度（opacity 系）が 黙って落ちる という意味なので、半透明の塗りを使っているなら結果を必ず目で確認してください。

経路 2 は、pdflatex の流れを保ったまま auto-pst-pdf に裏方を任せる方法です。仕組みは素朴で、pdflatex の実行中に auto-pst-pdf が もう一つの LaTeX を子プロセスとして起動し、PSTricks 部分だけを PostScript 経由で 文書名-pics.pdf にレンダリングして、それを取り込みます。実際に走らせるとログに "auto-pst-pdf: Auxiliary LaTeX compilation" と出て、その裏で経路 1 が回っているのが見えます。外部プロセスを起動する以上 --shell-escape が必須で、付け忘れると "! Package auto-pst-pdf Error: auto-pst-pdf will not work!" と、ずいぶんはっきり叱られます。PNG や JPEG を同じ文書に混ぜたいときは、この経路が有力です。

経路 3 がいちばん意外で、いちばん簡単です。ソースを 1 文字も変えずに xelatex に通すだけで通ります。追加のパッケージを入れる必要はありません——TeX Live 2024 の PSTricks 本体が tex/generic/pstricks/config/xdvipdfmx.cfg という設定を同梱していて、XeLaTeX で走ったときに自動で読み込まれるからです（実際、ログにそのファイル名が出ます）。XeLaTeX は内部で DVI 系の中間形式を経由するため、PostScript の \special が素直に流せるのです。もし文書全体をすでに XeLaTeX で組んでいるなら、PSTricks の「回避策」は存在しない、と言ってしまってよいでしょう。

Xy-pic と \xymatrix —— いまも動く、2013 年で止まった系

Xy-pic（パッケージ名 xy）は、グラフや図式を組むための汎用パッケージで、plain TeX・LaTeX・AMS-LaTeX のいずれでも動きます。特別な出力経路は要りません——pdflatex でそのまま通ります。面白いのは、コンパイルするたびに自分の素性をログに書くところで、TeX Live 2024 では " Xy-pic version 3.8.9 <2013/10/06>" と出ます。xy.tex の著作権表示は 1991 年から 2013 年まで、Kristoffer H. Rose ほか。20 年以上使われ、そして 10 年以上更新されていない、ということが 1 行に凝縮されています。

実務でよく使われるのは、可換図式 のための \xymatrix です。図を行列のように組むモードで、tabular と同じく要素を & で横に区切り、\\ で行を改めます。対象どうしを結ぶ矢印は \ar で描き、行き先を方向キーで与えます——[r] が右、[l] が左、[u] が上、[d] が下、[rd] のように連ねると右下の隣です。矢印のラベルは数式の添字の記法を流用し、^ で矢印の上（進行方向から見て左）、_ で下（右）に置かれます。読み込みは \usepackage[all]{xy} が定番で、[all] が標準的な機能一式を有効にします。

\usepackage[all]{xy}
% ...
\[
\xymatrix{
  A \ar[r]^{f} \ar[d]_{\alpha} & B \ar[d]^{\beta} \\
  C \ar[r]_{g}                  & D
}
\]

これは四隅に A・B・C・D を置いた可換正方形で、上辺に右向きの f、左辺に下向きの α、右辺に下向きの β、下辺に右向きの g が入ります。図式そのものが数学の一部なので、別行立ての数式環境の中に置いています。新しく可換図式を描くなら、いまは TikZ ベースの tikz-cd が現代的な選択です——曲線や凝った矢じり、多段の複雑な図式が扱いやすく、エラーメッセージも読めます。本節の知識は、すでに Xy-pic で書かれた原稿を読み書きするため に価値があります。両者の比較は可換図式のページの担当です。

Asymptote —— コンパイラが TeX Live に同梱されている言語

外部プログラムが要る、と聞くと身構えますが、Asymptote の asy は TeX Live に入っています。TeX Live 2024 のバイナリディレクトリを覗くと、45 MB ほどの asy が mpost や mf と並んでおり、asy --version は "Asymptote version 2.88" と、有効なオプションとして "V3D 3D vector graphics output" を返します。つまり TeX Live を入れた時点で、別途の入手作業なしに Asymptote が使えます。これは前ページで見た gnuplot（TeX Live には含まれず、自分で入れる必要がある）との決定的な違いです。

Asymptote は TeX のマクロではなく、独立したベクタグラフィックスの言語 です。C++ 風の構文を持ち、変数・関数・ループ・型を備えた本格的なプログラミング言語として図を書きます。設計上の狙いも面白くて、公式マニュアルは Asymptote を MetaPost に触発された言語として位置づけつつ、より整った C++ 風の構文を掲げています。とりわけ変わっているのが寸法の決め方で、size(6cm) のような 全体の大きさの指定と、ラベルや矢じりのような伸縮しない要素の寸法 が衝突するとき、Asymptote は 単体法（線形計画法） を使ってその制約を解きます。図の大きさを決めるのに線形計画を回す作図言語は、そう多くありません。

LaTeX に埋め込むには \usepackage{asymptote} を読み込み、図のコードを asy 環境 に書きます。仕組み上、コンパイルは 三段階 です。TeX Live 2024 で実際に走らせると、こうなりました。まず pdflatex を通すと asy 環境の中身が 文書名-1.asy として書き出され、同時に "Package asymptote Warning: file ... not found on input line 11." という警告が出ます——まだ図が無いのだから当然です。次に asy 文書名-1.asy を走らせると 文書名-1.pdf ができ、もう一度 pdflatex を通すと、その PDF が取り込まれます。この三段階を手で回すのは面倒なので、実務では latexmk に任せます。

pdflatex document        # writes document-1.asy
asy document-1.asy       # produces document-1.pdf
pdflatex document        # includes it

# or, in one go:
latexmk -pdf document

// a standalone .asy file, run with:  asy figure.asy
import three;
size(6cm);
draw(unitcube);
draw(O--X, red,   Arrow3);
draw(O--Y, green, Arrow3);
draw(O--Z, blue,  Arrow3);

このコードは three モジュール（3D 機能）を読み込み、単位立方体を描き、原点から x・y・z の各軸方向へ赤・緑・青の三次元矢印を引きます。図は文書に埋め込まず、このように 独立した .asy ファイル として書いて asy figure.asy で単体実行することもでき、PDF・EPS のほか SVG や WebGL、PDF に埋め込める 3D 形式など多彩な出力が選べます。ラベルの組版には TeX を使うので、図中の数式は本文と同じ書体になります。座標軸付きの立体や曲面のような 本格的な 3D で、Asymptote は TikZ より素直に書けます。対話的に描いて .asy ソースを書き出す GUI フロントエンド xasy も付属します。

MetaPost —— LuaLaTeX なら外部プログラムなしで書ける

MetaPost は、クヌースの METAFONT（フォントを記述するための言語）を John Hobby が改作し、出力を PostScript にしたものです。METAFONT 譲りの、点と方向から滑らかな曲線を解いて引く記法（Hobby のアルゴリズム）を持ち、座標を 方程式として宣言的に 書けるのが特徴です。古典的な使い方は独立した言語としてで、専用プログラム mpost に .mp ファイルを渡して EPS を得ます。

ところが現代の LaTeX では、この外部呼び出しが要りません。luamplib パッケージを読み込むと、mplibcode 環境 の中に MetaPost をそのまま書けます。LuaTeX には MetaPost のエンジンが mplib ライブラリ として組み込まれているので、mpost を別途起動する必要も --shell-escape も不要です。TeX Live 2024 で下の例を lualatex に通したところ、外部プロセスを一つも呼ばずに一発で PDF が出ました。このページで扱う四系のうち、追加の外部ツールを一切要求しないのは MetaPost（LuaLaTeX 経由）だけ です。

% compile with lualatex
\documentclass{article}
\usepackage{luamplib}
\begin{document}
\begin{mplibcode}
beginfig(1);
  draw fullcircle scaled 2cm withpen pencircle scaled 1pt;
  draw (-1cm,0)--(1cm,0);
  draw (0,-1cm)--(0,1cm);
endfig;
\end{mplibcode}
\end{document}

mplibcode の中身は純粋な MetaPost です。beginfig(1) … endfig が一つの図を区切り、単位円を直径 2cm に拡大した円を太さ 1pt のペンで描いて、水平・垂直の直径を一本ずつ引きます。fullcircle・pencircle・scaled はいずれも MetaPost の組み込み語彙です。エコシステムで重要なのが MetaFun という高機能フォーマットで、組版システム ConTeXt はこれを介して MetaPost を深く統合しています。ConTeXt を使うなら MetaPost が中心的な作図手段になり、LaTeX 主体なら、ふだんは TikZ、METAFONT 由来の曲線記述が欲しいときに MetaPost、という位置づけになります。

四系の比較 —— どれをいつ選ぶか

出力経路とエンジンで並べると、選択の基準が見えてきます。既存文書の保守 ならその文書が使っている系をそのまま読み書きできるようにし、3D の図 が要るなら Asymptote、ConTeXt を使うなら MetaPost（MetaFun）、新規の可換図式 なら Xy-pic ではなく tikz-cd。そしてこのどれにも当てはまらない大多数の作図は、外部ツールも特殊な出力経路も要らない TikZ で済ませるのがいちばん手堅い判断です。