LuaLaTeX で Unicode してみる
～そして日本語できそうな件について～

文書の作成とコンパイルの方法

結論からいうと、 LuaLaTeX で文書を以下のように記述すると、 ほぼ 8 ビットの LaTeX の上位互換として動作させることができる。

1. 文字コードを UTF-8 （または ASCII）にする。
2. コメント以外の部分は ASCII 文字のみで入力する。

後で見るように、 Unicode フォントを使った場合は、 全ての Unicode 文字が UTF-8 で直接入力できるが、 今は 8 ビットフォントを前提にしているため 2 の条件が入る。

例えば、 次の LaTeX 文書は LuaLaTeX でも完全に通用する。

\documentclass[a4paper]{article}
\begin{document}
Hello, {\TeX}!
\end{document}

このファイル名を hello.tex とすると、 以下のコマンドで組版された PDF 文書 hello.pdf が得られる。

lualatex hello.tex
#（PDF 文書 hello.pdf が得られる）

文書の中では、 従来の LaTeX と全く同様に Computer Modern フォントが使われていることが判る。

このように lualatex コマンドは、 pdfLaTeX（pdflatex コマンド）と同様に TeX 文書を DVI 形式ではなく PDF 形式に直接に変換する。 （XeLaTeX のように「裏で 2 段階の変換を行っている」のではない。）

（Unicode フォントでの出力にのみ興味がある人は、 この節の残りを飛ばして次節に進んで構わない。）

エンコーディングの扱い

従来の （8 ビット） LaTeX において、 Latin-1 や KOI8-R 等の 8 ビットの入力エンコーディング （文書ファイルの文字コード） を扱うには inputenc パッケージを用いればよかった。 しかし、LuaTeX は原則的に入力を UTF-8 として処理するので、 「8 ビット入力」 を前提とする inputenc パッケージは正常に動作しない。 従って、例え UTF-8 の指定 （\usepackage[utf8]{inputenc}） であっても inputenc は決して読み込んではいけない。

これに対して、7 ビット／8 ビットのフォントエンコーディング （OT1、T1、T2A 等） は LuaLaTeX で制限なく用いることができて、 その指定には従来通り fontenc パッケージを読み込む。 ちなみに、 「既定のエンコーディング」 は LuaLaTeX でも OT1 である。

% 文字コードは UTF-8
% (ただしコメント以外は全て ASCII)
\documentclass[a4paper]{article}
% この時点でのフォントエンコーディングは OT1
\usepackage[T1]{fontenc}  % フォントエンコーディングを T1 に変更
\usepackage{lmodern}      % Latin Modern フォントを使用する
\begin{document}
,,Gr\"u{\ss} Gott!\mbox{}`` % ただし入力は ASCII で
Ich liebe $e^{\pi i} = -1$.
\end{document}

luainputenc パッケージ

（高度な話題である。）

もし、 どうしても LuaLaTeX で 8 ビットの入力エンコーディングを用いる必要がある場合は、 inputenc の代わりに luainputenc パッケージを用いる （オプション名は inputenc と同じで、 例えば Latin-1 なら latin1 である）。

% This file is encoded in Latin-1.
\documentclass[a4paper]{article}
\usepackage[latin1]{luainputenc} % specified input encoding
\usepackage[T1]{fontenc}
\usepackage{txfonts}
\begin{document}
% Here follows some text en français....
La valeur approchée de $\pi$
(le rapport entre la circonférence d'un cercle et son diamètre)
est \directlua{tex.sprint(math.pi)}.
\end{document}

この他に luainputenc には特殊な指定が存在する。 「文字コードは UTF-8 であるが 8 ビットフォントエンコーディングを用いる部分の入力に ASCII 外の Unicode 文字を使いたい」 という場合は、 オプションに lutf8 を指定する。

% 文字コードは UTF-8
\documentclass[a4paper]{article}
\usepackage[lutf8]{luainputenc} % lutf8 指定
\usepackage[T1]{fontenc} % T1 エンコーディングで出力したい
\usepackage{pxfonts}
\begin{document} % しかも ASCII 外の文字を直接入力したい
Równie dobrze mogłoby to być po chińsku!
\end{document}

プレアンブルの書き方

LuaLaTeX で Unicode フォントを使用するには、 fontspec パッケージの機能を用いる。 以下に例を一つ示す。

% このファイルの文字コードは UTF-8
\documentclass[a4paper]{article}
\usepackage{fontspec}
\setmainfont[Scale=MatchLowercase]{Linux Libertine O} % \rmfamily のフォント
\setsansfont[Scale=MatchLowercase]{Linux Biolinum O}  % \sffamily のフォント
\setmonofont[Scale=MatchLowercase]{Inconsolata}       % \ttfamily のフォント
\begin{document}

This document contains English, \textit{Français}, Српски,
and Rom\^an\u{a}.

{\sffamily
If you want the logo {Lua\TeX} then simply type \verb|Lua\TeX|.}

\end{document}

見比べれば判るが、 実はこの例は XeLaTeX の解説で挙げた例とほとんど同じになっている。 （XeLaTeX の方は 「\XeTeX」 の複雑なロゴを出すために xltxtra パッケージを読み込んでいるが、 それはこちらでは不要である。） fontspec パッケージは XeLaTeX と LuaLaTeX の両方をサポートし、 しかも両方のエンジンで利用可能な機能については可能な限り共通のインタフェースで使えるようにしている。 従って、 「Unicode フォントを指定する方法」 については、XeLaTeX における説明がほぼそのまま通用することになる。

プレアンブルの書き方の注意について、 fontspec の読込以外の点においても XeLaTeX と同じことがいえる。

• 本節冒頭で述べたように、 文字コードは UTF-8 にする。
• 文書クラスは、 8 ビット欧文 LaTeX 用のもの （article、book、amsart 等） のほとんどが使用できるが、 pLaTeX 専用のもの （jarticle、jsarticle 等） は使えない。
• 8 ビット欧文 LaTeX のパッケージについては、 フォント関連のものを除けばそのまま使用できる可能性が高い。 pLaTeX 専用のパッケージ （OTF パッケージ等） は使えない。
• LuaLaTeX に深く関連する fontspec 以外のパッケージ：
  • luatexbase ― LuaTeX の拡張機能の使用を支援するパッケージ。 LuaLaTeX 上で （Lua や TeX で） プログラムを組む開発者用のもので、 普通の LaTeX ユーザには関係がない。
  • lualibs ― LuaTeX の Lua ライブラリ部分に対する拡張。 例えば、 文字列のパターン用エスケープ （string.esc()） やテーブルのシリアライズ （table.serialize()） 等の機能を提供する。
  • luacode ― LaTeX の特殊文字を含む Lua コードを直接書くための環境 luacode* （ixbase0 の execluacodeblock 環境と同等） 等を提供する。
  • metalogo ― 各種の TeX ロゴ命令 （\LaTeX、\XeTeX、\LuaTeX 等） を提供する。 ただし、 \LuaTeX は単に 「Lua\TeX」 に過ぎないので、 これのために読み込む必要はない。 むしろ、 LuaTeX で XeTeX ロゴを書きたいときに必要？ （どのエンジンでも使用可能。）
  • luatextra ― fontspec と上記のパッケージ類をまとめて読み込む。 （ただし luatexbase と lualibs に関しては fontspec が内部で読み込んでいる。）
  参考： XeLaTeX の解説で挙げられている xunicode と xltxtra の両パッケージは XeLaTeX 専用であり LuaLaTeX では使えない。 ただし、 xunicode 相当の機能は fontspec を読み込めば使用可能になっている。 （実際には fontspec は内部で xunicode を 「無理やり」 読み込んでいる。）

フォント関係の命令（fontspec パッケージ）

LuaLaTeX における fontspec パッケージの使用法は、 XeLaTeX の場合とほとんど同じであるので、 そちらの解説を参照してほしい。

• XeLaTeX における fontspec の使用法

以下では、 XeLaTeX との相違点について述べる。

• XeTeX はフォントの検索を OS のフォント管理 （Windows の場合は Linux のエミュレートを間に挟む） を利用していたが、 LuaTeX は全て自前でフォントの管理を行う。 従って、 フォント （ファミリ） 名での指定で使用可能な OpenType／TrueType フォントは TeX システムが検知できるものに限られる （環境によっては OS 管理のフォントが使える場合もある）。 これは 「フォントファイル名での指定 （この場合は XeLaTeX でも同じ）」 および 「dvipdfmx のフォントマップでの指定」 での使用可能性の条件と同等である。
  参考： 従って、 W32TeX の fc-cache コマンドは LuaTeX には無関係である。 W32TeX の場合、 Windows にインストールされたフォントは 「TeX システムが検知するもの」 に含まれるので、 LuaTeX でも使えるはずである。
  注意： LuaLaTeX + fontspec でフォント名による指定を含む文書を組版する場合、 その初回に 「TeX システムが検知するフォントを全て検索して一覧を保存する」 処理 （mkluatexfontdb コマンドの実行） を行う。 この処理にはかなり時間がかかるので注意してほしい。 2 回目以降はこの処理は行われない。
• フォントの属性指定のうち、 以下のものは LuaLaTeX では使えない。
  • Vertical=RotatedGlyphs： 縦書きの実現方法は LuaTeX では全く異なり、 それは fontspec ではサポートされていない。
  • Mapping=tex-text： 「Mapping=...」 は XeTeX 特有の機能の指定である。 代わりに Ligatures=TeX の方を使う。
  • Renderer=...： これは XeTeX が用意する複数のレンダリングエンジンの選択の指定である。 LuaTeX では OpenType 用の単一の 「レンダリングエンジン」 をもつ。

luajalayout パッケージ

LuaLaTeX の日本語組版用パッケージとして （普通の LaTeX ユーザが） 今すぐ使えるものの中で最も完成度が高いと思われるのが luajalayout パッケージ （作者：前田一貴） である。

インストール

作者のサイトからアーカイブ （zip ファイル） をダウンロードする。 luajalauout は同じ作者による luafontcomp パッケージを必要とするので、 これも一緒に入手する。

• luajalayout パッケージ ―LuaLaTeX による日本語組版― ここから luajalayout-x.xx.zip を取得する。
• luafontcomp パッケージ ここから luafontcomp-x.xx.zip を取得する。

各アーカイブについて、それを展開して現れる tex/ ディレクトリを $TEXMF/ の直下にコピーする。 （W32TeX を C:\usr\local にインストールした場合は C:\usr\local\share\texmf-local の下。） 必要に応じて mktexlsr を実行する。

その他の前提環境については、恐らく、 TeX Live 2010 （または同時期の W32TeX） 以降で fontspec が正常動作する LuaTeX があればよいと思われる。

基本的な使い方

luajalayout （+ luafontcomp） パッケージを用いる場合のプレアンブルは以下のようになる。

% パッケージ読込（luafontcomp と fontspec が内部で読み込まれる）
\usepackage{luajalayout}
% 合成フォントファミリ定義
\setrftovf[scale=0.92]{IPAMincho}{Termes+IPAM}
\setrftovf[overwrite,exclude=\jarange]{TeX Gyre Termes}{Termes+IPAM}
% メインのフォントを合成フォントに設定
\setmainfont[Ligatures=TeX]{vf:Termes+IPAM}
% \setsansfont 等についても同様に設定する

luajalayout パッケージでは和文と欧文でのフォントの自動切り替えを 「和文と欧文の合成フォントのファミリを構成する」 ことで実現している （これは LuaTeX のもつ 「仮想フォントを実行中に生成する機能」 を利用している）。 「合成フォント （仮想フォント）」 を構成する命令が （luafontcomp の） \setrftovf であり、 以下の書式をもつ。 （注意：以下では fontspec での使用を前提として説明する。）

\setrftovf[<オプション>]{<実フォント名>}{<仮想フォント名>}

この命令は、 指定の名前の仮想フォント （現在存在しなければ新たに作成する） が指定の実フォントのグリフを参照するように設定する。 （イメージとしては、 <実フォント名> のフォントのグリフを <仮想フォント名> のフォントにコピーすると考えればよい。） 同じ仮想フォントに対して続けて \setrftovf を実行し別の実フォントのグリフも参照させることで、 複数の実フォントを参照する仮想フォント （合成フォント） を構成することができる。

オプションについては、 luafontcomp パッケージの配布元のページ （「使い方」 の節） を参照されたい。 ここではいくつかの注意を述べておく。

• luafontcomp パッケージの \jarange 命令は 「パッケージが和文扱いする文字の範囲」 （現在のところこれは固定である） を、 \setrftovf 命令の range および exclude の値に適する形式で出力する。 したがって、上の例に現れる 「overwrite,exclude=\jarange」 という指定は、 「仮想フォントの中の欧文扱いの文字に対する参照を指定の実フォントのものに変更する」 ことを意味する。
• BXjscls パッケージの文書クラスでは、 「和文フォントに対するスケールの想定値」 がマクロ \jsScale に収められている。 従って、該当の文書クラスを用いるときは、 和文部分の実フォントを指定する \setrftovf には 「scale=\jsScale」 を指定するのが適切である。

サンプル

本サイトの 「思わず Lua で LaTeX してみた」 の冒頭の内容を LuaLaTeX 文書にしたものを挙げる。

• luajalayout-zr-sample.zip ダウンロード
  LuaLaTeX 文書と組版結果の PDF 文書が入ったアーカイブ。

% 文字コードは UTF-8
\documentclass[a4paper]{bxjsarticle}
\usepackage{luajalayout}
\usepackage{metalogo} % \XeTeX, \LuaTeX のため
\usepackage{mflogo} % \MF のため
% 合成フォントファミリ「Termes+IPAM」の構成
\setrftovf[scale=\jsScale]{IPAMincho}{Termes+IPAM}
\setrftovf[overwrite,exclude=\jarange]{TeX Gyre Termes}{Termes+IPAM}
% 合成フォントファミリ「Heros+IPAG」の構成
\setrftovf[scale=\jsScale]{IPAGothic}{Heros+IPAG}
\setrftovf[scale=.95,% ← Helvetica用のスケールです
    overwrite,exclude=\jarange]{TeX Gyre Heros}{Heros+IPAG}
% 総称ファミリを先に構成した合成フォントに設定する
\setmainfont[Ligatures=TeX]{vf:Termes+IPAM}
\setsansfont[Ligatures=TeX]{vf:Heros+IPAG}
% ロゴ
\newcommand{\METAFONT}{\MF}
\newcommand{\pdfTeX}{pdf\/\TeX}
\begin{document}

\title{思わずLuaで{\LaTeX}してみた}
\author{ZR}
\date{2010 年 7 月 24 日}
\maketitle

\begin{abstract}
{\LuaTeX}上で動く{\LaTeX}である{\LuaLaTeX}を使ってみる。
特に、{\LaTeX}の多少複雑な処理をLuaで（{\TeX}ではなく！）
プログラミングすることで実現することに焦点を当てる。
\end{abstract}

\section{{\LuaTeX}の紹介}

\subsection{いつも通り能書きから}

{\LuaTeX}は{\TeX}の拡張の一つで、
主にTaco Hoekwater、Hartmut Henkel、Hans Hagenによって開発されている。
簡単に言うと、{\LuaTeX}は以下に挙げるものを統合して成立した
{\TeX}エンジンである。

%………（以下略）

日本語 TeX の未来を目指して

pTeX を上回る高品質の日本語組版を目指した本格的なパッケージを作成するプロジェクトが進行している。

• LuaTeX-ja プロジェクト日本語トップページ （SourceForge.JP）

このプロジェクトは次のような設計方針をもって進められている。

• LuaTeX の 「TeX の内部処理に割り込む」 機構を用いて、 pTeX が内部で行っている和文処理と同等のものを実装する。 （これが他の欧文 TeX エンジン上の CJK 処理の実装と決定的に異なる点である――ただし、 LuaTeX 上の既存の実装 （luajalayout 等） も大概はこの方針に則っている。）
• pTeX の設計の良い点は踏襲するが、 好ましくない点・不完全な点は積極的に改める。
• 少なくとも pTeX と同等の自由度を確保する。 すなわち、 fontspec の使用を前提とするのでなく、 NFSS レベルの処理、 また pTeX のプリミティブに相当するレベルの処理も提供する。 （これが他の LuaTeX 上の実装と比した時の特徴。）

現状では、 「プリミティブに相当するレベルの処理」 の開発が行われている段階なので、 まだ LaTeX での使用は考慮されていない。 その意味で、 まだ 「普通の TeX ユーザ」 が使えるものにはなっていない。 しかし、このプロジェクトが完遂した先には、 今までとは違う日本語 TeX の世界が待っていることだろう。 pTeX の高品位の日本語組版を完全に保ったまま、 最新の TeX の機能を好きなように使えるわけである。