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Füllen eines Thermometers

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Füllen eines Thermometers

Das Ziel hier ist, eine Füllung des Thermometers bis zu einem gewünschten Grad zu erstellen, sei es in Celsius oder Fahrenheit. Natürlich sind Optimierungen im folgenden Code willkommen, wie ich die Beschriftungen oder das Diagramm selbst erstelle. Hier ist das MWE:

\documentclass[letterpaper]{article}
%\usepackage[showframe]{geometry}
\usepackage{fourier}
\usepackage[dvipsnames]{xcolor}
\usepackage{tikz}
\begin{document}
\begin{tikzpicture}[y=0.5pt, x=0.5pt,yscale=-1, inner sep=0pt, outer sep=0pt]
\path[draw=black,fill=white,miter limit=4,even odd rule,line width=2.5pt,fill=gray!20]
  (280.0313,169.3125) .. controls (263.9888,169.3125) and (250.6461,179.3446) ..
  (247.8125,192.5625) -- 
  (247.3438,563.7500) .. controls (235.7346,573.2243) and (228.3438,587.6282) ..
  (228.3438,603.7813) .. controls (228.3438,632.3161) and (251.4651,655.4688) ..
  (280.0000,655.4688) .. controls (308.5349,655.4688) and (331.6563,632.3161) ..
  (331.6563,603.7813) .. controls (331.6563,587.6282) and (324.2654,573.2243) ..
  (312.6563,563.7500) -- 
  (312.2500,192.5625) .. controls 
  (309.4164,179.3446) and (296.0737,169.3125) .. (280.0313,169.3125) -- cycle;
\foreach \y/\x in {190/100,
                   227/90,
                   264/80,
                   301/70,
                   338/60,
                   375/50,
                   412/40,
                   449/30,
                   486/20,
                   523/10,
                   560/0%
                   }
    {
    \draw (210,\y)--(190,\y) node[left](\x){\x\textdegree C~};
    }
\foreach \u/\v in {189.999/212,
                   231.111/192,
                   272.222/172,
                   313.333/152,
                   354.444/132,
                   395.555/112,
                   436.666/92,
                   477.777/72,
                   518.888/52,
                   559.999/32%
                   }
    {
    \draw (350,\u)--(370,\u) node[right](\v){\v\textdegree F};
    }
\draw (200,190)node[yshift=4ex, OrangeRed] {Celsius} --(200,560) ;  
\draw (360,190)node[yshift=4ex, Cerulean] {Fahrenheit}--(360,560);
\draw node[xshift=-5em, OrangeRed] at (100) {Water boils};
\draw node[xshift=5em, Cerulean] at (212) {Water boils};
\draw node[xshift=-5em, OrangeRed] at (0) {Water freezes};
\draw node[xshift=5em, Cerulean] at (32) {Water freezes};
\end{tikzpicture}
\end{document}

Dies ist ein Beispiel aus dem obigen Code:

Bildbeschreibung hier eingeben

Antwort1

Der einfachste Weg:

  1. Zeichnen Sie die Knoten der Skalen.
  2. Zeichnen/füllen Sie das Thermometer.
  3. Verwenden Sie die path pictureund die deklarierten Knoten, um den unteren Teil des Thermometers zu füllen.

Für 53 °C verwenden Sie

\path (C0) -- (C100) coordinate[pos=.53] (@aux);
\fill[red] (@aux) rectangle (path picture bounding box.south east);

Für die Fahrenheit-Skala können Sie dieselbe verwenden, müssen aber vorher die Position berechnen (eine nicht abgebildete Koordinate bei 0 °F könnte hilfreich sein).

Ansonsten wären folgende Verbesserungen möglich:

  • Eine Form, die genau dies tut, mit wohldefinierten Ankern, die zum Platzieren der Skalen verwendet werden können. (Ich denke, die Implementierung der Skalen könnte eine große Aufgabe sein, da man die Skalen in sehr unterschiedlichen Stilen zeichnen kann.)

  • Dasselbe wie oben, aber in TikZ und nicht in PGF (keine Form, sondern ein insert pathmit einigen Optionen, das einige Koordinaten („Anker“) definiert, die zum Zeichnen der Skalen verwendet werden können.

Code

\PassOptionsToPackage{dvipsnames}{xcolor}
\documentclass[letterpaper,tikz,convert=false]{standalone}
\usepackage{fourier}
\tikzset{
  thermometer/.style={insert path={
    (280.0313,169.3125) .. controls (263.9888,169.3125) and (250.6461,179.3446) ..
    (247.8125,192.5625) -- 
    (247.3438,563.7500) .. controls (235.7346,573.2243) and (228.3438,587.6282) ..
    (228.3438,603.7813) .. controls (228.3438,632.3161) and (251.4651,655.4688) ..
    (280.0000,655.4688) .. controls (308.5349,655.4688) and (331.6563,632.3161) ..
    (331.6563,603.7813) .. controls (331.6563,587.6282) and (324.2654,573.2243) ..
    (312.6563,563.7500) -- 
    (312.2500,192.5625) .. controls 
    (309.4164,179.3446) and (296.0737,169.3125) .. (280.0313,169.3125) -- cycle
}}}
\begin{document}
\begin{tikzpicture}[y=0.5pt, x=0.5pt,yscale=-1, inner sep=0pt, outer sep=0pt]
\foreach \y/\x in {190/100,227/90,264/80,301/70,338/60,375/50,412/40,449/30,486/20,523/10,560/0}
  \draw (210,\y)--(190,\y) node[left](C\x){\x\textdegree C~};
\foreach \u/\v in {189.999/212,231.111/192,272.222/172,313.333/152,354.444/132,395.555/112,436.666/92,477.777/72,518.888/52,559.999/32}
    \draw (350,\u)--(370,\u) node[right](F\v){\v\textdegree F};

\path[draw=black,fill=white,miter limit=4,even odd rule,line width=2.5pt,fill=gray!20]
   [thermometer][path picture={\fill[red] (C40) rectangle (path picture bounding box.south east);}];
\draw (200,190)node[yshift=4ex, OrangeRed] {Celsius} --(200,560) ;  
\draw (360,190)node[yshift=4ex, Cerulean] {Fahrenheit}--(360,560);
\draw node[xshift=-5em, OrangeRed] at (C100) {Water boils};
\draw node[xshift=5em, Cerulean] at (F212) {Water boils};
\draw node[xshift=-5em, OrangeRed] at (C0) {Water freezes};
\draw node[xshift=5em, Cerulean] at (F32) {Water freezes};
\end{tikzpicture}
\end{document}

Ausgabe

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Antwort2

Dies kommt einer Form am nächsten. Es ist eine insert pathLösung, die Werte aus Schlüsseln verwendet.

Hoffentlich sind sie selbsterklärend.

Der scale nameSchlüssel wird hinzugefügt, damit das zuletzt gezeichnete Thermometer einen vom nameSchlüssel unabhängigen Namen hat. (Nehmen wir an, Sie zeichnen ein paar Thermometer. Wenn Sie eine Skala hinzufügen möchten, möchten Sie diese höchstwahrscheinlich auf einem anderen Pfad verwenden, damit Sie nicht mit denselben Zeichenlinien enden (obwohl dies mit einem vermieden werden könnte, edgewie mir gerade aufgefallen ist).)

Wenn Sie mehr „Anker“ als die vier Ecken hinzufügen möchten, müssen Sie coordinates hinzufügen.

Sie können ein wenig mit den Winkelwerten spielen, um zu sehen, was sie bewirken (sollte keine Überraschungen geben, verwenden Sie einfach nicht Null oder sehr große Werte (obwohl Null erfasst werden sollte)).

Die Skalen dienen lediglich der Verallgemeinerung leftund rightBeschreibung des Vorgehens.

Der Mittelpunkt des unteren Kreises wird an der letzten Pfadkoordinate platziert (in unserem Fall ist das (0,0)).

Angesichts der Implementierung tm scalekönnte man leicht eine Schleife schreiben \foreach, die mit gegebenen Werten statt mit berechneten Werten gleicher Größe arbeitet.

Code

\documentclass[tikz,convert=false]{standalone}
\usepackage{fourier,siunitx}
\definecolor{coldblue}{cmyk}{0.321 0.004 0 0.047}
\definecolor{hotred}{cmyk}{0 0.89 .80 .19}
\makeatletter
\tikzset{
  declare function={
    celsiusToFahrenheit(\pgf@temp)=\pgf@temp*1.8+32;
    fahrenheitToCelsius(\pgf@temp)=(\pgf@temp-32)/1.8;
  },
  thermometer/name/.initial=tm,
  thermometer/height/.initial=+4cm,
  thermometer/width/.initial=+1cm,
  thermometer/top angle/.initial=180,
  thermometer/bottom angle/.initial=270,
  thermometer/top left/.initial=100,
  thermometer/bottom left/.initial=0,
  thermometer/top right/.initial={celsiusToFahrenheit(\pgfkeysvalueof{/tikz/thermometer/top left})},
  thermometer/bottom right/.initial={celsiusToFahrenheit(\pgfkeysvalueof{/tikz/thermometer/bottom left})},
  thermometer/left steps/.initial=10,
  thermometer/right steps/.initial=9,
  thermometer/scale distance/.initial=+.5cm,
  thermometer/scale name/.initial=tm@tm,
  thermometer/.search also={/tikz},
  thermometer/.code={\pgfqkeys{/tikz/thermometer}{#1}},
  Thermometer/.style={
    insert path={{%
      [thermometer={#1}]
      [/utils/exec=%
      \pgfmathsetlengthmacro\tikz@tm@halfwidth{(\pgfkeysvalueof{/tikz/thermometer/width})/2}%
      \pgfmathsetmacro\tikz@tm@bottomaux{180-.5*(\pgfkeysvalueof{/tikz/thermometer/bottom angle})}%
      \pgfmathsetlengthmacro\tikz@tm@bottomradius{\tikz@tm@halfwidth/(sin(\tikz@tm@bottomaux))}%
      \pgfmathsetmacro\tikz@tm@topaux{180-.5*(\pgfkeysvalueof{/tikz/thermometer/top angle})}%
      \pgfmathsetlengthmacro\tikz@tm@topradius{\tikz@tm@halfwidth/(sin(\tikz@tm@topaux))}%
      ]
      ++ (90+\tikz@tm@bottomaux:\tikz@tm@bottomradius)
        coordinate[alias=\pgfkeysvalueof{/tikz/thermometer/scale name}-bottom left] (\pgfkeysvalueof{/tikz/thermometer/name}-bottom left)
      arc [start angle=90+\tikz@tm@bottomaux, delta angle={\pgfkeysvalueof{/tikz/thermometer/bottom angle}}, radius=+\tikz@tm@bottomradius]
        coordinate[alias=\pgfkeysvalueof{/tikz/thermometer/scale name}-bottom right] (\pgfkeysvalueof{/tikz/thermometer/name}-bottom right)
      -- ++ (+90:\pgfkeysvalueof{/tikz/thermometer/height})
        coordinate[alias=\pgfkeysvalueof{/tikz/thermometer/scale name}-top right] (\pgfkeysvalueof{/tikz/thermometer/name}-top right)
      arc [start angle=-90+\tikz@tm@topaux, delta angle={\pgfkeysvalueof{/tikz/thermometer/top angle}}, radius=+\tikz@tm@topradius]
        coordinate[alias=\pgfkeysvalueof{/tikz/thermometer/scale name}-top left] (\pgfkeysvalueof{/tikz/thermometer/name}-top left)
      -- cycle
  }}},
  tm scale/.style 2 args={
    insert path={{
      [thermometer={#2}]
      ([shift={(#1:\pgfkeysvalueof{/tikz/thermometer/scale distance})}] \pgfkeysvalueof{/tikz/thermometer/scale name}-bottom #1) --
      ([shift={(#1:\pgfkeysvalueof{/tikz/thermometer/scale distance})}] \pgfkeysvalueof{/tikz/thermometer/scale name}-top #1)
      \foreach \tikz@tm@scale[
        evaluate={\tikz@tm@pos=\tikz@tm@scale/(\pgfkeysvalueof{/tikz/thermometer/#1 steps})},
        evaluate={\tikz@tm@value=\pgfkeysvalueof{/tikz/thermometer/bottom #1}+\tikz@tm@pos*(\pgfkeysvalueof{/tikz/thermometer/top #1}-(\pgfkeysvalueof{/tikz/thermometer/bottom #1}))}
      ] in {0,...,\pgfkeysvalueof{/tikz/thermometer/#1 steps}} {
        node[pos/.expanded=\tikz@tm@pos, tm scale #1/.expanded={\tikz@tm@value}] {}
      }
    }}
  },
  tm fill/.style args={#1#2:[#3]#4}{% #1 shouln’t be a comma, #2 is cheating, #3 are options (mandatory), #4 is the value
                                    % may as well some other keys ... meh :|
    /utils/exec={%
      \if#1l
        \def\pgf@tempa{east}%
        \def\pgf@tempb{west}%
      \else
        \def\pgf@tempa{west}%
        \def\pgf@tempb{east}%
      \fi
      \pgfmathsetmacro\tikt@tm@pos{#4/(\pgfkeysvalueof{/tikz/thermometer/top #1#2}-(\pgfkeysvalueof{/tikz/thermometer/bottom #1#2}))}},
    path picture={
      \path (\pgfkeysvalueof{/tikz/thermometer/scale name}-bottom #1#2 -| path picture bounding box.south \pgf@tempb) --
            (\pgfkeysvalueof{/tikz/thermometer/scale name}-top #1#2 -| path picture bounding box.south \pgf@tempb) coordinate[pos/.expanded=\tikt@tm@pos, name=tm@aux];
      \fill [style/.expanded={#3}] (path picture bounding box.south \pgf@tempa) rectangle (tm@aux);
    }
  }
}
\makeatother

\tikzset{% The \csname l__siunitx_unit_product_tl\endcsname is ugly. :(
  tm scale left/.style={
    shape=rectangle,
    draw,
    inner sep=+0pt,
    minimum height=+0pt,
    minimum width=+10pt,
    label={left:{\tablenum[table-format=3.0,table-auto-round]{#1}\csname l__siunitx_unit_product_tl\endcsname\si{\celsius}}}
  },
  tm scale right/.style={
    shape=rectangle,
    draw,
    inner sep=+0pt,
    minimum height=+0pt,
    minimum width=+10pt,
    label={right:{\tablenum[table-format=3.0,table-auto-round]{#1}\csname l__siunitx_unit_product_tl\endcsname\si{\degree F}}}
  }
}
\begin{document}
\foreach \CELSIUS[evaluate={\CELSIUSCOLOR=min(\CELSIUS,100)}] in {0,5,...,120}{% Careful, will typeset 25 pages!
\begin{tikzpicture}
\path [draw=black,line width=2.5pt,fill=gray!20]
      [Thermometer]
      [tm fill={left:[hotred!\CELSIUSCOLOR!coldblue]\CELSIUS}];
\draw [tm scale={left}{}]
      [tm scale={right}{}];
\end{tikzpicture}}
\end{document}

Ausgabe

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Antwort3

Hier ein Versuch, der zunächst den Pfad als Makro definiert, mit dem zunächst das gesamte Thermometer gefüllt wird, dann die Flüssigkeitsfüllung des Thermometers ausgeschnitten wird und schließlich der Umriss gezeichnet wird. Der Flüssigkeitsstand kann durch Ändern der Linie geändert werden \def\tempincelsius{55}.

\documentclass{standalone}
%\usepackage[showframe]{geometry}
\usepackage{fourier}
\usepackage[dvipsnames]{xcolor}
\usepackage{tikz}
\begin{document}
\begin{tikzpicture}[y=0.5pt, x=0.5pt,yscale=-1, inner sep=0pt, outer sep=0pt]
\def\thermopath{
  (280.0313,169.3125) .. controls (263.9888,169.3125) and (250.6461,179.3446) ..
  (247.8125,192.5625) -- 
  (247.3438,563.7500) .. controls (235.7346,573.2243) and (228.3438,587.6282) ..
  (228.3438,603.7813) .. controls (228.3438,632.3161) and (251.4651,655.4688) ..
  (280.0000,655.4688) .. controls (308.5349,655.4688) and (331.6563,632.3161) ..
  (331.6563,603.7813) .. controls (331.6563,587.6282) and (324.2654,573.2243) ..
  (312.6563,563.7500) -- 
  (312.2500,192.5625) .. controls 
  (309.4164,179.3446) and (296.0737,169.3125) .. (280.0313,169.3125) -- cycle
 }
\path[miter limit=4,even odd rule,fill=gray!20]
    \thermopath;

\def\tempincelsius{55}
\begin{scope}
    \clip \thermopath;
    \fill[red] (210,{560- 3.7*\tempincelsius}) -- ++(140,0)
        -- (350, 690) -- (210, 690) -- cycle;
\end{scope}

\path[draw=black,miter limit=4,even odd rule,line width=2.5pt]
    \thermopath;

\foreach \y/\x in {190/100,
                   227/90,
                   264/80,
                   301/70,
                   338/60,
                   375/50,
                   412/40,
                   449/30,
                   486/20,
                   523/10,
                   560/0%
                   }
    {
    \draw (210,\y)--(190,\y) node[left](\x){\x\textdegree C~};
    }
\foreach \u/\v in {189.999/212,
                   231.111/192,
                   272.222/172,
                   313.333/152,
                   354.444/132,
                   395.555/112,
                   436.666/92,
                   477.777/72,
                   518.888/52,
                   559.999/32%
                   }
    {
    \draw (350,\u)--(370,\u) node[right](\v){\v\textdegree F};
    }
\draw (200,190)node[yshift=4ex, OrangeRed] {Celsius} --(200,560) ;  
\draw (360,190)node[yshift=4ex, Cerulean] {Fahrenheit}--(360,560);
\draw node[xshift=-5em, OrangeRed] at (100) {Water boils};
\draw node[xshift=5em, Cerulean] at (212) {Water boils};
\draw node[xshift=-5em, OrangeRed] at (0) {Water freezes};
\draw node[xshift=5em, Cerulean] at (32) {Water freezes};
\end{tikzpicture}
\end{document}

Bildschirmfoto

Antwort4

In Bezug auf das Erscheinungsbild oder die Anpassung wird dadurch nicht viel hinzugefügt, aber durch das Eintauchen in einige (nicht dokumentierte) Funktionen der Mathematik-Engine ist es möglich, Postfix-Operatoren hinzuzufügen c, fdie ihre Berechnungen über einen vordefinierten Wert skalieren \thermometerlength:

\documentclass[border=5pt]{standalone}
\usepackage{tikz}

\pgfmathdeclareoperator{f}{fahrenheit}{1}{postfix}{600}
\pgfmathdeclarefunction{fahrenheit}{1}{%
    \begingroup%
        \pgfmathparse{int((#1-32)/1.8)*\thermometerlength/100}%
        \expandafter%
    \endgroup\expandafter\edef\expandafter\pgfmathresult\expandafter{\pgfmathresult}%
}
\pgfmathdeclareoperator{c}{celcius}{1}{postfix}{600}
\pgfmathdeclarefunction{celcius}{1}{%
    \begingroup%
        \pgfmathparse{#1*\thermometerlength/100}%
        \expandafter%
    \endgroup\expandafter\edef\expandafter\pgfmathresult\expandafter{\pgfmathresult}%
}

\def\thermometerlength{5}

\begin{document}

\begin{tikzpicture}[
    temperature/.style={
        insert path={
            (cos 50, 0) arc(50:-230:1) -- ++(0,#1) -- ++(2*cos 50,0) -- cycle
        }
    }]

\draw  (-1.5, 0) -- +(0, 100c);
\foreach \c in {0,10,...,100}
    \draw (-1.5,\c c) +(0.25, 0) -- +(-0.25,0) node [left] {\c$^\circ$ C};

\draw  (1.5, 0) -- +(0, 212f);
\foreach \f in {32,52,...,212}
    \draw (1.5,\f f)  +(-0.25, 0) -- +(0.25,0) node [right] {\f$^\circ$ F};

\fill [red!75, temperature=55c];

\draw [ultra thick] 
    (cos 50, 0) arc(50:-230:1) -- ++(0, 100c) arc (180:0:cos 50) -- cycle;

\end{tikzpicture}

\end{document}

Bildbeschreibung hier eingeben

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