科技论文编辑过程中图形的处理方法

2014-08-22张洋郭伟

长江大学学报（社会科学版） 2014年8期

张洋郭伟

(《中国机械工程》杂志社，湖北武汉 430068)

科技论文是科学技术人员或其他研究人员在科学实验(或试验)的基础上，对自然科学、工程技术科学以及人文艺术研究领域的现象(或问题)进行科学分析、综合的研究和阐述，进一步研究一些现象和问题，总结和创新另外一些结果和结论，并按照某种格式所做的电子和书面的表达。

图与语言、文字和声音一样，是人类描述思想，交流知识的基本工具，它既是人类语言的补充，也是人类智慧和语言在更高级发展阶段上的具体体现，在人类生活中有不可替代的作用[1]。与语言相比，图形图像具有以下的优势：(1)认知上具有直观性和简易性；(2)图像较之语言讲述更具生动性与感染力；(3)图像的表达形式较之语言理性表述更具视觉冲击力[2]。图作为科技论文的基本组成部分，在科技论文中发挥着不可替代的作用，可以简洁直观地表述内容，代替大段的文字描述，在某些情况下甚至可以表述文字无法表达的内容。

图作为科学、工程、艺术等的交流语言，一种传递构想与交换知识的工具，需要遵循一定的规范与标准[1]。因此，对图进行处理，使之符合规范和标准，就成为编辑处理科技论文中一个不可忽视的环节。有不少编辑探讨了图的处理方法，但他们大多着重于图的国家标准和编辑规范，对图的具体处理谈的少。笔者结合实际工作，根据图的不同类型，分别给出具体的处理方法。该处理方法经实际工作检验，取得了良好的效果。

一、图的分类

图是图像和图形的总称，二者有很多相似之处，但差别明显。图像是指由扫描仪、摄像机等输入设备捕捉实际的画面产生的数字记录，是由像素点阵构成的位图，表现为包含有大量细节(如明暗变化、场景复杂、轮廓色彩丰富)的对象，且可以通过图像处理软件进行复杂的处理，得到更清晰的有关现实画面复制或产生特殊效果，是对于客观存在事物的尽量真实的、自然的描述。图形是指由外部轮廓线条构成的矢量图，即由计算机绘制的直线、圆、矩形、曲线、图表等，用来描述轮廓不很复杂，色彩不是很丰富的对象，是根据客观事物而主观形成的、人为的记录[3]。

图的种类很多，每一类都有其特点。从图的特点出发，找到适合该类型图的处理方法，才能达到事半功倍的效果。因此，对图的正确分类就是处理好图的前提。科技论文中的图类型多，可以依据图的性质、绘图工具对图进行分类。

按照图的性质，图大体可分为曲线图和非曲线图。(1)曲线图，即以几何线条和几何符号等反映事物各类特征和变化规律的表达形式，如统计数据的曲线图、柱状图，表示工作过程的流程图。(2)非曲线图，包含实物照片和工程图。工程图是用点、线、符号、文字和数字等描绘事物几何特性、形态、位置及大小的一种形式，如机械图、电路图等。

按照图的绘制工具可以分为以下几类。(1)采用专业绘图软件和综合绘图软件绘制的图，前者包括用AutoCAD等机械制图软件绘制的装配图、零件图，SolidWorks、CATIA等绘制的三维设计图和建模图，ANSYS、ABAQUS等软件绘制的有限元图，MATLAB绘制的仿真图；后者是Visio等可以绘制机械图、电气图、流程图、甘特图等多种图形的软件所获得的图。(2)采用Origin、Excel等数据处理软件绘制的曲线图、柱状图等。

此外，还可以根据图示内容的维度将图分为二维图和三维图。

以上这些都是从不同性质来分类的，科技论文中的图往往具有多个属性，需要根据其主要特征对图进行处理，使图的表达效果最优。

二、图的处理

(一)曲线图的处理

曲线图用几何线条和几何符号来反映事物的各类特征和变化规律，是科技论文中最常见的一类图。这类图一般是由数据在Origin、Excel等专用软件，或由MATLAB通过运行程序仿真直接得到的。几何线条和(或)几何符号是曲线图的核心，因此正确理解曲线图中几何线条和几何符号的含义是正确处理曲线图的前提。曲线图中的几何符号一般表示一个确定的数据，几何线条一般是连接几何符号的拟合曲线。

1.仿真曲线图的处理

以函数yi=fi(x)(i=1，2，…)来表示仿真所得曲线族时，为保证仿真的精度，自变量x之间的变化值Δx往往很小。采用“线条+符号”的方式表示曲线时，符号的尺寸往往比Δx大，绘制的曲线就会被连续的符号所覆盖，并且不同符号所对应的曲线也无法区分(图1a)。Origin绘制“线条+符号”的曲线，可以采用稀化符号的方式让符号不再重叠，以此来区分不同曲线(图1b)。图1b中，是按照每间隔10个点来稀化处理符号的。此时的符号已不再表示确定的数据点，而成为区分不同曲线的标志。当多条曲线出现重叠或交叉的情况时，这种用标志来区分曲线的效果并不好。仿真曲线绘制过程中，可以用不同线型(实线、虚线、点划线、双点划线等)来区分曲线，即用“线条”的方式来表示曲线(图1c)。

图1 “线条+符号”与“线条”对比图

2.数据绘制曲线图的处理

实验数据、试验数据、测量数据是重要的科学研究成果。根据所得数据拟合出的曲线具有以下作用：(1)可以得到曲线所示函数的发展趋势，从而得到数据隐含的规律；(2)可以采用差值的方法获得数据点间某个数据的函数值。

数据来源的差异会造成数据数量的差异，绘制一条曲线的数据从几个到几百个不等，甚至更多。因此，采用数据绘制曲线时，应该根据每条曲线上数据点的数目区别处理。笔者结合自己的工作经验，分3种情况来处理：(1)每条曲线的数据不超过10时，宜采用“线条+符号”的方式表示曲线，每一个数据点都应有一个符号来对应，如图2所示。(2)每条曲线的数据在20～30之间时，也可用“线条+符号”的方式表示曲线，但需要将符号稀化处理，即每两个符号之间应间隔1个或2个数据。这样既可以用符号来表达数据点，又不会因为符号过多而影响曲线的表达(这种情况下，应该补充说明曲线上的符号是稀化处理的，以避免歧义)。稀化处理之后的效果如图2所示。(3)每条曲线的数据数目超过30时，自变量间的间隔很小，用符号来区分曲线的意义不大，宜直接采用不同线型来表示，如图1c所示。

图2 由数据绘制的“线条+符号”图

(二)工程图的处理

工程图大致可以分为2类，一类是有比例关系的图，如装配图、零件图、建筑立面图等；另一类则是无比例关系的图，如电路图、液压系统图、流程图等。处理有比例关系的图时应注意以下2点：首先，根据国家标准的要求选择正确的线型和线宽；其次，在不改变比例关系的前提下缩放图形，以做到既保证图的细节不丢失，又能保证与刊物的排版布局相适应，压缩空闲空间。由于在无比例关系的图内移动元件不会影响图所要表达的含义，因此在处理时可以根据排版要求来修改图，其应注意的两点是：首先，根据原图选择合适的图形宽度(半栏或通栏)；其次，根据图形宽度调整元件位置和连线。图3所示为处理前后的流程图，可以看到，通过调整流程图内某些流程的摆放位置，图的面积被压缩，适合杂志版面(图占半栏宽度)，但其所表示的含义没有任何变化，大大提高了单位面积版面的信息量。

图3 处理前后的流程图

(三)照片和有限元仿真图的处理

微纳制造和材料学的相关论文中，微纳器件的放大照片与金相照片是研究成果的组成部分。这类照片在期刊内有2种表示方法，一种中在照片下给出图的放大倍数，如×100；另一种是在图内给出长度标尺。笔者认为前一种表示方法有不足之处，现在的照片多半是数码照片，照片中每个像素的尺寸与编辑、排版中显示器像素的尺寸往往不一样，这常常会造成同一张图片在不同环境中的大小发生差异，最终导致实际的缩放比例与文中标注的比例不同，造成表述不严谨的问题。图中有标尺的照片在编辑排版过程中的处理比较灵活，在可以表示细节的前提下，可以按照排版的需求灵活进行缩放。缩放过程中，有一点必须要注意，由于图中的标尺往往是一个维度的，因此，在缩放过程中，图的纵横比例必须保持不变，防止图在某个方向上的拉伸或压缩导致的失真。

有限元仿真图表示的内容往往是压力、应变、速度、加速度等的分布，图中不同数值的物理量常用不同颜色来区分。在处理这种图时，一定要注意仿真结果与色标是否有重叠。重叠的地方往往会减少图所要表达的信息，因此，在这种情况下，编辑应与作者联系，请作者重新仿真一次，调整色标的位置，使色标不与仿真结果重叠，如图4所示。有些有限元仿真图色标确实图中物理量的单位，这个时候就需要请作者添加。没有色标及其数值和单位的仿真图根本无法表示论文作者想要表达的含义，这个时候就需要请作者补充色标及其数值和单位，否则就只能将图作删除处理了。

图4 色标重叠处理前后图

(四)曲线图中网格线的取舍

网格线是曲线图中的辅助曲线，用来辅助表示曲线。因此，是否在图中给出网格线就需要图的实际情况灵活处理。二维图中，一般不宜给出网格线，其原因是：(1)二维图中的曲线往往不会只有一条，当用不同线型来区分网格线时，容易发生绘制的曲线与网格线的线型相同或接近的情况，容易导致难以区分绘制曲线和网格线，影响读图。(2)网格线将二维图分割成许多小块，造成曲线图的碎片化，不能突出所要表示的曲线，影响读图，如图5所示。但是，当所绘制的曲线无线趋近于某一直线时，可以用比所绘制曲线稍细且与绘制曲线线型不同的曲线来表示该渐近线，同时给出该渐近线的曲线方程。添加渐近线既可以将所绘制曲线的特征和趋势表达清楚，又不会使图过于凌乱。

图5 添加网格线的二维图

三维图中，三维曲线内的某一点具体的坐标值是很难确定的，因此三维曲线更多的是表达曲线所示规律和发展趋势。如图6a所示，若删除所有的网格线而只保留表示3个坐标轴刻度的三条曲线，那么三维图的透视关系就会被破坏，难以区分出所绘曲线究竟是三维曲线，还是二维曲线，如图6b所示。所以，三维图中的网格线需要保留。三维图处理中还需要注意的是不同坐标平面的交线，它们与普通网格线不同，应当区分表示。笔者在实际工作中，用实线表示平面的边界和交线，将比实线稍细的虚线作为网格线，以达到表示三维曲线空间位置关系的目的。

(五)曲线图的合并

科技论文的内容一般都是新方法、新技术，通过比较相同条件下，采用新旧两种不同方法所得结果的差异成为说明两种方法优劣的有效途径。当采用曲线图来表示新旧两种方法的差异时，若新旧两种方法所得结果的差异不大，用两个分开的曲线图很难让读者区分出两种方法的差异，如图7a、图7b所示。将表示两个结果的两条曲线放在同一坐标系下，用不同线型来区分，则两个方法的差异就一目了然了，如图7c所示。

(六)图与表的转换表示

图与表相比，表达更直观，在数据较多、需要表达数据所示规律的趋势时，表达更有优势；表与图相比，表达更准确，在数据较少、仅就单因素比较时，表达更有优势。论文处理过程中，表比图处理所费的时间少，且能够灵活排版，因此，在不影响表达效果的情况下优先选择用表来表达。将图(图8)改用表(表1)表达后，表达效果无变化，但所需的编辑工作量和版面大大减少。