Sphinx には only ディレクティブというのがあり、出力フォーマットに応じて処理を分けることができます。
これを使用し、以下のように出力フォーマットに応じて処理を分けてみます。

記述方法

以下のように記述します。

.. only:: html

   .. image:: img/01.svg

.. only:: latex

   .. image:: img/01.png
   .. image:: img/01_001.png
   .. image:: img/01_002.png

うーん、面倒ですね。
他にも AutoImage という拡張もあるのですが、出力フォーマットに応じて読み込む画像を変えるということはできなさそうでした。

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