Matematika na čtečkách e-knih
Roman Plch
Mobilní zařízení se staly nedílnou součástí našeho každodenního života a je
proto přirozené, že ovlivňují i výukový proces. Tištěné výukové materiály jsou
postupně nahrazovány digitálními a jejich využívání se stále častěji přesouvá
z počítačů na tato mobilní zařízení (mobily, tablety, čtečky e-knih). Tento
příspěvek popisuje možnosti zobrazování matematických textů na mobilních
zařízeních a dále se věnuje konverzi matematického textu do podoby vhodné
k zobrazení na čtečkách e-knih.
Formáty e-knih
Formát EPUB
EPUB (Electronic Publication, [1]) je standardizovaný otevřený souborový formát
určený pro digitální knihy, vyvinutý organizací International Digital Publishing
Forum (IDPF). Je založený na XML. Zjednodušeně se dá říci, že se jedná o sadu
HTML stránek zabalenou s dalšími metadaty do ZIP archivu. Formát EPUB
je pro čtenáře výhodný v tom, že umožňuje automaticky text přizpůsobit různým
velikostem obrazovek zařízení (včetně chytrých telefonů, netbooků a čteček
elektronických knih). EPUB také podporuje obsah s pevným rozvržením.
Poslední verze tohoto formátu (EPUB 3.01) už podporuje i jazyk MathML
a umožňuje tak zobrazování matematických formulí přirozeným způsobem. Tj.
matematický text se zvětšuje/zmenšuje společně s ostatním textem, vzorečky se
správně zarovnávají vzhledem k okolnímu textu a je možné v nich vyhledávat a
kopírovat jejich obsah.
Bohužel podpora tohoto formátu je zatím omezená a mnohem častěji se
používá starší verze EPUB 2, která pro zobrazování matematiky využívá obrázků,
stejně jako všechny dále uváděné formáty.
Formát EPUB 2 podporují téměř všechny čtečky e-knih (významnou výjimkou
je pouze Kindle od Amazonu).
Formáty MOBI, AZW, KF8
Čtečky Kindle od Amazonu nepodporují formát EPUB a používají vlastní formáty
pro e-knihy. Na rozdíl od formátu EPUB se jedná o proprietární formáty. První
čtečky Kindle používaly formát AZW, což je vlastně formát MOBI, ale doplněný
o podporu DRM restrikcí. Spolu s čtečkou Kindle Fire se objevuje formát KF8
1
(Kindle format 8), známý též jako AZW3. Ten už podporuje i některé prvky
HTML 5 a CSS3. Matematika může být ale uvedena pouze ve formě obrázků.
Pro převody z formátu EPUB do MOBI (AZW3) můžeme použít aplikaci
KindleGen nebo níže uvedený program Calibre pro oboustranné převody.
Formát PDF
I tento základní souborový formát pro elektronické publikování má na čtečkách
e-knih stále své místo, jeho „nevýhodou“ je ale ﬁxní rozložení stránky, které
neumožňuje přizpůsobovat velikost textu rozměrům čtečky.
Některé čtečky sice dnes už mají funkci „PDF reﬂow“, která se pokusí původní
strukturu dokumentu převést tak, aby se text dobře vešel na displej čtečky. Jak
však uvidíme později, je PDF reﬂow prakticky nepoužitelné na texty s matema-
tikou.
Kromě těchto základních formátů se můžeme setkat i s méně častými formáty,
jako je eReader (PDB), FictionBook (FB2) a Microsoft Lit (LIT). V dalším se
ale budeme věnovat výhradně nejrozšířenějšímu formátu EPUB.
Typy čteček
Čtečky e-knih můžeme dělit do dvou základních kategorií – na softwarové a
hardwarové čtečky.
Hardwarové čtečky
Jedná se o specializovaná elektronická zařízení na bázi elektronického inkoustu.
Oproti zařízením s LCD displejem spotřebovává tato zobrazovací technologie
mnohem méně energie a text je dobře čitelný i na intezivním slunečním světle.
Mezi populární čtečky e-knih patří např. Kindle (Amazon), Nook (Barnes
& Noble), Kobo (Rakuten), Cybook (Bookeen), PocketBook, SonyReader,
JetBook (Ectaco) a Boox (Onyx). Podporu formátu EPUB 3 ale uvádí pouze
Kobo u své čtečky Kobo Glo HD ([2]).
Softwarové čtečky
Druhou kategorii tvoří programy a aplikace, které umožňují čtení e-knih na
počítači, tabletu a mobilním telefonu. Do výběru jsme zařadili některé programy,
které jsou šířeny bezplatně, jsou multiplatformní a podporují více formátů e-knih
(a především formát EPUB 3). Kompletní přehled čteček s podporou EPUB 3
najdeme např. na http://docs.mathjax.org/en/latest/misc/epub.html.
2
Calibre
(http://calibre-ebook.com/)
Volně šiřitelná multiplatformní aplikace Calibre je univerzální správce a konvertor
elektronických knih. K dispozici jsou nástroje pro organizaci i prohlížení knih,
editaci metadat i konverzi. Do osobní knihovny je možné přidávat knihy jednotlivě
nebo v dávkách, je podporován široký rozsah nejrůznějších formátů.
Readium
(http://idpf.org/forum/topic-2429)
Rozšíření pro Google Chrome, umožňující čtení e-knih ve formátu EPUB 3.
Gitden Reader
(http://gitden.com/)
Jedna z nejlépe hodnocených čteček e-knih pro Android a IOS. Na základě našich
zkušeností nejlépe zvládá zobrazování e-knih s matematickým textem ve formátu
EPUB 3 na mobilních platformách.
Hardwarové čtečky s Androidem
Jedná se o zařízení s elektronickým inkoustem běžící pod operačním systémem
Android. Umožňuje tedy instalaci Android aplikací a spojuje tak výhody hardwarových
a softwarových čteček v jediném zařízení. Jako příklad můžeme uvést
např. inkBOOK Onyx nebo eReading 4 Touch Light.
Konverze do EPUB
Po tomto stručném úvodu do problematiky se budeme věnovat přípravě matematického
textu pro čtečky e-knih. Vycházíme z předpokladu, že máme k dispozici
zdrojový kod v LATEXu a chceme ho převést do formátu EPUB.
TEX4ebook
Jedná se o konvertor z LATEXu do formátu EPUB a MOBI. Ke konverzi využívá
program tex4ht a skripty LuaTEXu. Instalační balíček a dokumentaci najdeme
na https://github.com/michal-h21/tex4ebook, návod na instalaci najdeme
např. v bakalářské práci [7].
Konverzi spustíme příkazem
tex4ebook [volby] jméno_souboru
Implicitní výstupní formát je EPUB, změnu na EPUB 3 (MOBI) provedeme
parametrem -f epub3 (mobi). Pro matematiku v MathMl přidáme na konec
příkazu ještě parametr mathml:
3
tex4ebook -f epub3 soubor.tex mathml
Při praktických testech konverze delšího matematického textu ([8]) jsme na
instalaci TEXLive 2014 narazili na chybové hlášení
Undefined control sequence.
\pgfsys@svg@newline ->\Hnewline
Jedná se o známou chybu, kterou podle [5] vyřešíme úpravou v souboru
pgfsys-tex4ht.def, kde řádek s textem \def\pgfsys@svg@newline{\Hnewline}
nahradíme za \def\pgfsys@svg@newline{^^J}.
Při výstupu do EPUB 2 se matematika ukládá do obrázků formátu PNG,
pomocí poměrně komplikovaného nastavení je možné docílit změny formátu na
SVG. Potřebné nastavení je popsané v [4].
Shrnutí, výhody a nevýhody
Konverze i složitějšího matematického textu s tabulkami sázenými pomocí balíčku
tabularx proběhla v pořádků, zobrazení matematiky pomocí Calibre na počítači
bylo taktéž bez chyb. Poznámky pod čarou se umisťují ihned za odstavcem textu,
ve kterém je příkaz uveden. Do textu je možné vkládat obrázky ve formátech
EPS, JPG a PNG.
Nevýhodou je poměrně komplikovaná instalace1
a pro méně zkušené uživatele
nutnost spouštět konverzi z příkazového řádku.
Pandoc
Pandoc je univerzální multiplatformní dokumentový konvertor podporující desítky
různých formátů včetně EPUB 3.
Instalace je v tomto případě jednoduchá, stačí ze stránek http://pandoc.
org/ stáhnout a spustit instalační soubor. K dispozici je i online verze (http:
//pandoc.org/try/), která má však omezené možnosti a nepodporuje výstup
do EPUB.
Program se ovládá pouze z příkazového řádku (nemá graﬁcké uživatelské
rozhraní), jeho syntaxi si ukážeme na modelovém příkladu
pandoc soubor.tex -f latex -t epub -mathml -o soubor.epub
kde přepínač f zadává vstupní formát, přepínač t výstupní formát a přepínač
o jméno výstupního souboru. Pro výstup ve formátu EPUB 3 zadáme parametr
mathml. Seznam všech možných parametrů získáme přepínačem h.
Shrnutí, výhody a nevýhody
Pandoc nezvládl konverzi celé řady matematický symbolů (balíček amssymb),
dále nefunguje konverze matematických prostředí deﬁnovaných pomocí balíčku
1TEX4ebook se stal součástí aktuální instalace TEXlive 2015, což situaci výrazně zjednodušuje.
4
amsthm. Po konverzi dále nefungují odkazy vytvářené pomocí příkazů \label
a \ref. Ani konverze tabulek neproběhla bez chyb. Poznámky pod čarou jsou
umístěny na konec knihy a v textu jsou umístěny odkazy. Do textu je možné
vkládat obrázky ve formátech JPG a PNG.
Mezi výhody patří rychlá a snadná instalace a velké množství konverzních
formátů. Pro složitější matematické texty není ale možné Pandoc doporučit.
TEX4ht + Calibre
V tomto případě rozdělíme konverzi do dvou částí. Nejdříve pomocí programu
TEX4ht (je součástí instalace TEXLive) zkonvertujeme LATEXový zdroj do jazyka
HTML. Získaný soubor poté pomocí Calibre převedeme do EPUB.
Syntaxe:
htlatex soubor.tex "xhtml, charset=utf-8,mathml" " -cunihtf -utf8"
Výstupem bude soubor soubor.html v kódování UTF8 s matematikou zapsanou
v jazyce MathML.
Následně pomocí příkazu
ebook-convert soubor.html soubor.epub
získáme výsledný soubor ve formátu EPUB 3. Pokud při konverzi vynecháme
parametr mathml, bude matematika ve formě obrázků a výstup bude ve formátu
EPUB 2. Stejně tak při volbě jiného výstupního formátu (např. MOBI) bude
matematika uložena ve formě obrázků. Tyto konverze je možné provádět i pomocí
graﬁckého uživatelského rozhraní Calibre.
Shrnutí, výhody a nevýhody
Výstup je srovnatelný s výsledky získanými pomocí TEX4ebook. Poznámky pod
čarou jsou umístěny na konci dokumentu, v textu jsou umístěny odkazy. Mnohem
jednodušší je ale instalace, TEX4ht je součástí TEXLive, stačí tedy nainstalovat
pouze Calibre. Komplikací pro autory ale je, že TEX4ht je při generování MathML
velmi citlivý na čistotu zápisu matematiky ve zdrojovém textu dokumentu. Např.
zápis $M=\{x|x$ je liché $\}$ je korektní TEXový zápis. TEX4ht ale v tomto
případě nemá informaci o párování složených závorek. Je tedy nutné použít
správnější zápis: $M=\{x|x \text{je liché}\}$, viz. [6].
LATEXML
LATEXML (http://dlmf.nist.gov/LaTeXML/) konvertuje zdrojový kód LATEXu
do formátů XML, HTML a EPUB. Primárním výstup je do XML, dalším zpracováním
získáme formáty HTML a EPUB, matematické formule mohou být ve
formě obrázků nebo MathML.
5
Vlastní použití je jednoduché, pomocí příkazu
latexmlc soubor.tex --destination=soubor.epub
dostaneme výsledný soubor ve formátu EPUB3.
Shrnutí, výhody a nevýhody
Konverze i složitějšího matematického textu proběhla v pořádku, text je na
čtečkách na PC dobře čitelný (obr. 1), také konverze tabulek proběhla korektně.
Poznámky pod čarou se zobrazují v samostatném okně (po najetí kurzorem myši
na text poznámky). Do textu je možné vkládat obrázky ve formátu PDF, EPS,
JPG a PNG.
Komplikací pro autory může být to, že pokud mají v dokumentu vlastní
deﬁnice maker, musí tuto deﬁnici napsat i pro LATEXML, aby věděl, jak tato makra
expandovat. Dle našeho názoru se ale jedná o perspektivní a dobře použitelné
řešení (pokud ovšem dojde k vylepšení softwaru pro čtení formátu EPUB 3 na
čtečkách e-knih a mobilních platformách).
Obrázek 1: Export do EPUB 3 zobrazený pomocí Calibre na PC
6
PDF formát na čtečkách e-knih
Formát PDF zachovává ﬁxní rozložení stránky, proto se obecně nepovažuje za
formát vhodný pro čtečky. Stále je to však standard pro publikování elektronických
dokumentů a při jeho použití máme jistotu, že i složitý matematický text bude
vypadat přesně tak, jak jsme zamýšleli. V této části ukážeme, jak PDF soubory
přizpůsobit k zobrazování na čtečkách e-knih.
PDF Reﬂow
Tato funkce se pokusí původní strukturu dokumentu převést tak, aby se text
dobře vešel na displej čtečky, aby nikde nevyčníval (nepřetékal mimo displej) –
aby se tedy dokument choval jako nativní elektronická kniha nebo webová stránka
s průběžným zobrazením obsahu s užitím uživatelem deﬁnované velkosti písma a
rozměrů stránky.
Obrázek 2: Schéma práce funkce PDF reﬂow, převzato z [3]
Výhodou této funkce je, že umožňuje také určité zmenšení nebo zvětšení písma.
Touto funkcí ale nejsou vybaveny všechny čtečky. Tato funkce bude fungovat
jen na PDF se sazbou, nikoliv skenované PDF, které jsou vlastně jen obrázkem
zabaleným do formátu PDF.
Čím jednodušší bude dokument PDF, tím lépe bude funkce PDF reﬂow
pracovat. Pokud máte jen souvislý text s odstavci a kapitolami, např. běžný
román, budete pravděpodobně s převodem vždy spokojeni. Pokud budete mít
odborný text s obrázky, tabulkami a vzorečky, výsledek může být katastrofální.
Změna rozměrů PDF souboru
K2pdfopt (http://www.willus.com/k2pdfopt/)je multiplatformní program, který
optimalizuje PDF soubory pro čtečky. Vstupním i výstupním souborem je PDF,
přičemž volíme rozměry výsledného souboru. Nevýhodou je nesprávné dělení slov
7
a matematických výrazů na konci řádků a také velikost výsledného souboru,
která několikanásobně převyšuje velikost původního souboru. Hodí se tedy pouze
v případě, že máme k dispozici pouze výsledný PDF soubor a nemáme zdrojový
kód.
Podobně funguje celá řada dalších nástrojů, najít je můžeme např. na http:
//www.willus.com/k2pdfopt/pdf_conversion.shtml. Za vyzkoušení stojí i
online nástroj http://convert-kindle.com/.
Balíček geometry, šablony
Mnohem výhodnější je ale upravit rozměry a vzhled výsledného PDF dokumentu
ještě před překladem. K tomu můžeme využít např. balíček geometry, hodí se i
balíček extsizes, který umožňuje měnit velikost základního fontu pro dokument.
Nejjednodušší možností je ale použít některou z šablon, dobré zkušenosti máme
se šablonou eBook (http://www.latextemplates.com/template/ebook). Použití
šablony dává výsledný PDF soubor, který svými rozměry, nastavením okrajů,
velikostí použitého fontu, číslováním stránek a celkovým vzhledem co nejlépe
odpovídá zobrazení na dnešních čtečkách e-knih (obr. 3).
Závěr
Základním problémem zobrazování matematických textů na čtečkách e-knih je to,
že hardwarové čtečky nepodporují formát EPUB 3. To způsobuje situaci, kdy se
matematické knihy v tomto formátu prakticky nevydávají. Nedostatek poptávky
pak způsobuje, že výrobcům čteček se nevyplatí investovat do podpory formátu
EPUB 3. Pokud by se podařilo tento „začarovaný kruh“ nějakým způsobem
vyřešit, tak je formát EPUB 3 určitě do budoucna perspektivním řešením.
Protože ani softwarové čtečky nejsou v současné době schopny korektně zobrazovat
složitější matematický text, zůstává pro autory matematických textů jediné
řešení – formátovat výsledný PDF dokument kromě verze pro tisk i ve verzi pro
zobrazení na čtečkách e-knih, např. pomocí šablony eBook uvedené výše v textu
článku.
Summary: Mathematics for readers of e-books
Mobile devices have become an integral part of our daily lives and that is why
they have been aﬀecting a learning process. Printed educational materials are
being gradually replaced by a digital version. Displaying is increasingly shifting
from desktop computers to the mobile devices (i.e. phones, tablets and e-book
readers). This paper is describing possibilities of displaying mathematical texts
8
Obrázek 3: Ukázka použití šablony eBook
on the mobile devices and is also analysing a possible conversion of mathematical
texts for e-book readers.
Reference
[1] EPUB. International Digital Publishing Forum: The Trade and Standards Organization
for the Digital Publishing Industry [online]. 2015 [cit. 2015-05-07].
Dostupné z: http://idpf.org/epub.
[2] Kobo Device Comparison. Kobo [online]. 2015 [cit. 2015-07-30]. Dostupné z:
https://www.kobo.com/devices/compare#ereaders.
[3] BOHDAL, Tomáš. Jak číst PDF na ebook čtečkách. In: Ebook Expert.cz
9
[online]. 2014 [cit. 2015-07-29]. Dostupné z: http://ebookexpert.cz/
jak-cist-pdf-na-ebook-cteckach/.
[4] The best way for math in epub – font or SVG? (tex4ebook).
In: TEX – LATEX Stack Exchange [online]. 2015 [cit. 2015-07-29].
Dostupné z: http://tex.stackexchange.com/questions/235423/
the-best-way-for-math-in-epub-font-or-svg-tex4ebook.
[5] Error using pgfsysdriver with TEX4ht, only shows up with TEXlive 2014, ok
with TEXlive 2013. In: TEX – LATEX Stack Exchange [online]. 2014 [cit.
2015-07-29]. Dostupné z: http://tex.stackexchange.com/questions/
185349/.
[6] SOJKA, Petr a Michal RŮŽIČKA. Parallel Electronic Publications. Zpravodaj
Československého sdružení uživatelů TEXu. 2008, vol. 18, issue 3,
s. 116–129. DOI: 10.5300/2008-3/116. Dostupné z: http://pavel.striz.
cz/Zpravodaj/2008-3/116.php.
[7] ANTOL, Filip. Matematika na čtečkách e-knih [online]. 2015 [cit. 2015-07-17].
Bakalářská práce. Masarykova univerzita, Přírodovědecká fakulta. Vedoucí
práce Roman Plch. Dostupné z: http://is.muni.cz/th/408834/prif_b/.
[8] SLOVÁK, Jan, Martin PANÁK a Michal BULANT. Matematika drsně
a svižně. 1. vyd. Brno: Masarykova univerzita, 2013, Teorie čísel. ISBN
978-80-210-6307-5.
Roman Plch, plch@math.muni.cz
10