MATLAB の figure に boldsymbol 風の文字を書き込む

１. はじめに

　MATLAB の figure の中では $\rm\LaTeX$ 文字が使えます。しかし、その表現の自由度はかなり制限されています。これについては、すでに下記の Qiita 記事に詳細を投稿済です。
【MATLAB の figure で使用可能な数式の確認】と【Qiita の数式との相性】

　特に、斜体の太字コマンド「\boldsymbol」（ $\boldsymbol{ABCabc}$ ）が使えないのは非常に不便です。ベクトルを表すシンボルが $ABCabc$ だけでは、どうにも軽すぎて引き締まりません。さらに困ったことに、最後の切り札であるはずの簡易太字化コマンド「\pmb」（ $\pmb{ABCabc}$ ）さえも使えません。そこで、その解決策を考えてみることにしました。

利用環境: MATLAB R2019a

２. 太字化の結果

　前記の「\pmb」コマンドでは、位置を僅かに左右に移動して２重印字することで、太文字のように見せています（拡大してみれば分かります）。したがって、「\pmb」コマンドには非対応でも、MATLAB の text コマンドを使って、位置をずらせながら２回印字すれば代用できるはずです。しかし、1行で済むはずのプログラムを2行も書くことになるので気が進みません。

　しかし、これは私の誤解でした。どのような多重印字でも1行だけで書けるようです。長年 MATLAB を使ってきましたが、text コマンドの位置指定で、このような使い方ができることに今まで気づきませんでした。

　そんなわけで、この方法で太字化した結果を図１に示しています。上半分が３重印字によるもの、下半分は７重印字によるものです。1行で書けることが分かったため、多重数はかなり奮発してみました。

　拡大してみると、「\pmb」コマンドの２重印字ほどではありませんが、３重印字では、「文字の重なりのズレ」や「$\oplus$ の線の太さの不均一さ」が少々気になります。しかし、７重印字では殆ど目立ちません。Qiita の太字と完全一致ではないにしても、遜色はありません。手荒な扱いを受けて、MATLAB は悲鳴を上げているかもしれませんが、７重印字がお勧めです。

比較のための Qiita の MathJax 文字
（1,3行目: default、2,4行目: boldsymbol）
$$
\begin{align}
&ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ\\
&\boldsymbol{ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ}\hspace{20em}\\
&abcdefghijklmnopqrstuvwxyz\\
&\boldsymbol{abcdefghijklmnopqrstuvwxyz}
\end{align}
$$

図１　疑似太字化の結果
（上半: ３重印字、下半: ７重印字）

　しかし、図の右下にあるような「太文字と細文字が混じり合った式」を書くのは大変です。式の複雑さにもよりますが、プログラムの行数が増えるうえに、試行錯誤での太文字の位置合わせが大変です。やはり、「\boldsymbol」コマンドの登場が待たれるところです。

３. プログラム

　実は、1行で書けるというのは誇大表現です。次のような事前準備は必要です。

% ３重印字のとき
dd=0.3;          % 印字位置の微小ズレ単位
Xd=[0 dd dd];    % x方向の印字位置分布
Yd=[0 dd -dd];   % y方向　　　〃

% ７重印字のとき
dd=0.15;              % 印字位置の微小ズレ単位
th=linspace(0,360,7);
th(end)=[];
Xd=[0 dd*cosd(th)];   % x方向の印字位置分布
Yd=[0 dd*sind(th)];   % y方向　　　〃

　この後は、単一行の text コマンドの中の印字位置を、Xd,Yd を利用して次のように指定するだけで目的は達せられます。（ (X0,Y0)は本来の印字希望位置 ）

text(X0+Xd,Y0+Yd,'$$ABCabc$$', .... ,'Interpreter','latex');

　最後に、図１を描いたプログラムの全体も添付しておきます。

% font_weight01.m

% LaTeX文字の太字化（boldsymbol風の書体）

clear;
close all;

hf=figure(1);
set(hf,'InvertHardcopy','off');
plot([-100 100],[0 0]);
hold on;
axis equal;

moji1='ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ';
moji2='abcdefghijklmnopqrstuvwxyz';

% === ３重印字のアルファベット ===

dd=0.3;          % 印字位置の微小ズレ単位
Xd=[0 dd dd];    % x方向の印字位置分布
Yd=[0 dd -dd];   % y方向　　　〃

text(0,60,['$$' moji1 '$$'],'FontSize',15,'HorizontalAlign', ...
             'center','VerticalAlign','middle','Interpreter','latex');
text(0+Xd,45+Yd,['$$' moji1 '$$'],'FontSize',15,'HorizontalAlign', ...
             'center','VerticalAlign','middle','Interpreter','latex');
text(-96,30,['$$' moji2 '$$'],'FontSize',15,'HorizontalAlign', ...
               'left','VerticalAlign','middle','Interpreter','latex');
text(-96+Xd,15+Yd,['$$' moji2 '$$'],'FontSize',15, ...
     'HorizontalAlign','left','VerticalAlign','middle', ...
                                               'Interpreter','latex');
text(40,30,'$$\oplus$$','FontSize',20,'HorizontalAlign','center', ...
                      'VerticalAlign','middle','Interpreter','latex');
text(40+Xd,15+Yd,'$$\oplus$$','FontSize',20,'HorizontalAlign', ...
             'center','VerticalAlign','middle','Interpreter','latex');

% === ７重印字のアルファベット ===

dd=0.15;              % 印字位置の微小ズレ単位
th=linspace(0,360,7);
th(end)=[];
Xd=[0 dd*cosd(th)];   % x方向の印字位置分布
Yd=[0 dd*sind(th)];   % y方向　　　〃

text(0,-15,['$$' moji1 '$$'],'FontSize',15,'HorizontalAlign', ...
             'center','VerticalAlign','middle','Interpreter','latex');
text(0+Xd,-30+Yd,['$$' moji1 '$$'],'FontSize',15, ...
     'HorizontalAlign','center','VerticalAlign','middle', ...
                                               'Interpreter','latex');
text(-96,-45,['$$' moji2 '$$'],'FontSize',15,'HorizontalAlign', ...
               'left','VerticalAlign','middle','Interpreter','latex');
text(-96+Xd,-60+Yd,['$$' moji2 '$$'],'FontSize',15, ...
     'HorizontalAlign','left','VerticalAlign','middle', ...
                                               'Interpreter','latex');
text(40,-45,'$$\oplus$$','FontSize',20,'HorizontalAlign','center', ...
                      'VerticalAlign','middle','Interpreter','latex');
text(40+Xd,-60+Yd,'$$\oplus$$','FontSize',20,'HorizontalAlign', ...
             'center','VerticalAlign','middle','Interpreter','latex');

% === ７重印字（太文字/細文字 混合の数式） ===

text(96,-55, ...
     '$$\phantom{F}{=}m\frac{{\rm d}\phantom{v}}{{\rm d}\,t}$$', ...
     'FontSize',15,'HorizontalAlign','right','VerticalAlign', ...
                                      'middle','Interpreter','latex');
text(65+Xd,-56+Yd,'$$F$$','FontSize',15,'HorizontalAlign', ...
             'center','VerticalAlign','middle','Interpreter','latex');
text(93+Xd,-50+Yd,'$$v$$','FontSize',15,'HorizontalAlign', ...
             'center','VerticalAlign','middle','Interpreter','latex');

% === 図のファイル化 ===

basename=mfilename('fullpath');
print(gcf,'-dpng',[basename '.png'],'-r300');

４. おわりに

　添付したプログラムは、axis の幅が 200 で、x, y 軸が同スケールの状態（axis equal）での一例です。axis の幅や文字サイズに応じて、変数 dd（印字位置の微小ズレ単位）は適切な値に設定しなおす必要があります。また、x, y 軸のスケールが異なるときには相応の修正が必要です。