在Quarto文档渲染生态中，PDF输出是最常用的格式之一，而选择合适的LaTeX引擎对于文档渲染质量、中文字体支持和系统兼容性至关重要。Quarto支持多种PDF渲染引擎，其中LuaLaTeX和XeLaTeX是最主要的两个选择。本文将从技术原理、功能特性、配置方法和实际应用等维度，全面梳理Quarto PDF引擎的选择策略和最佳实践。
Quarto PDF引擎概述
Quarto作为现代科学文档创作工具，继承了Pandoc的强大转换能力，在PDF渲染方面支持多种LaTeX引擎。默认情况下，Quarto会根据文档内容和系统环境自动选择引擎，但用户可以通过YAML配置明确指定。主要的PDF引擎包括LuaLaTeX、XeLaTeX、pdfLaTeX和Tectonic，其中前两者对Unicode和中文字体支持最为完善。参看PDF Engines。
LuaLaTeX和XeLaTeX都是现代LaTeX引擎，它们的主要优势在于原生支持Unicode字符集和系统字体，这使得处理中文、日文、韩文等非拉丁文字符变得简单直接。相比之下，传统的pdfLaTeX需要复杂的字体配置和编码转换，在处理多语言文档时往往遇到困难。Quarto的智能引擎选择机制通常会优先考虑LuaLaTeX，因为它具有更好的性能和更广泛的包兼容性。
LuaLaTeX引擎特性分析
LuaLaTeX是基于Lua脚本语言的LaTeX引擎，它将Lua解释器集成到TeX系统中，提供了强大的扩展能力。在Quarto环境中，LuaLaTeX是默认推荐的引擎，主要优势包括出色的Unicode支持、灵活的字体处理机制和丰富的Lua扩展包。LuaLaTeX使用fontspec包进行字体管理，支持OpenType和TrueType字体，能够直接调用系统安装的字体文件。
LuaLaTeX的中文字体处理通过luatexja-fontspec包实现，该包专门为LuaLaTeX设计，提供了完整的中日韩文字支持。配置中文字体时，用户可以使用\setmainjfont命令指定中文字体，使用\setmainfont命令指定英文字体。LuaLaTeX还支持复杂的字体特性，如连字、变体字符和字体回退机制，这些特性在处理专业排版需求时非常有用。
在性能方面，LuaLaTeX具有明显的优势。它采用更高效的字体缓存机制，重复渲染时速度更快。LuaLaTeX还支持并行处理，能够充分利用多核CPU资源，对于大型文档的渲染效率显著提升。此外，LuaLaTeX的Lua扩展能力使得用户可以编写自定义的文档处理脚本，实现复杂的排版逻辑和自动化处理。
XeLaTeX引擎特性分析
XeLaTeX是基于XeTeX引擎的LaTeX实现，专门为Unicode和现代字体设计。XeLaTeX使用xeCJK包处理中文字体，这是最早支持中文的LaTeX包之一，具有成熟稳定的特性。XeLaTeX的字体处理基于fontspec包，与LuaLaTeX类似，但实现方式略有不同，特别是在字体回退和变体字符处理方面。
XeLaTeX在处理复杂的中文排版需求时表现出色，特别是对于传统的中文排版规范支持更好。xeCJK包提供了丰富的中文排版选项，包括标点符号处理、行间距调整、字体变体选择等。XeLaTeX还支持传统的中文LaTeX包，如ctex宏包，这使得从传统中文LaTeX文档迁移到Quarto变得相对容易。
XeLaTeX的稳定性是其重要优势。由于发展历史较长，XeLaTeX的兼容性和稳定性都经过了充分验证，特别适合对稳定性要求较高的生产环境。XeLaTeX的字体处理机制相对简单直接，配置错误时更容易诊断和修复。此外，XeLaTeX对某些特殊LaTeX包的支持更好，特别是那些专门为XeLaTeX设计的包。
- 请注意，使用xeCJK包时，需要确保系统安装了SimSun、SimHei、KaiTi等字体。
- quarto 1.8.0版本后，已经默认使用LuaLaTeX引擎，若坚持要使用XeLaTeX引擎，需要在.qmd文件的YAML中指定引擎（
pdf-engine: xelatex），并在header.tex中配置字体。
% header.tex中使用xeCJK包，专门为XeLaTeX设计
\usepackage{xeCJK}
% 设置中文字体及其变体
\setCJKmainfont{SimSun}[
BoldFont=SimHei, % 粗体字体
ItalicFont=KaiTi, % 斜体字体
BoldItalicFont=SimHei, % 粗斜体字体
AutoFakeBold=3, % 自动粗体（如果SimHei不可用）
AutoFakeSlant=0.2 % 自动斜体（如果KaiTi不可用）
]
% 设置英文字体为Times New Roman
\setmainfont{Times New Roman}
\setromanfont{Times New Roman}
\setmonofont{Courier New}latex-auto-install: false
format:
pdf:
pdf-engine: xelatex
include-in-header: ../latex/header.tex
#include-before-body: latex/preamble.tex
toc: false
#toc-depth: 3
number_sections: no引擎选择策略与配置方法
选择合适的PDF引擎需要考虑多个因素，包括文档语言、字体需求、包兼容性和性能要求。对于纯英文文档，LuaLaTeX通常是更好的选择，因为它具有更好的性能和更广泛的包支持。对于包含中文的文档，两种引擎都可以胜任，但选择标准有所不同。
如果文档主要使用现代中文字体，且对性能有较高要求，建议选择LuaLaTeX。LuaLaTeX的配置相对简单，只需要在YAML中指定引擎，并在header.tex中配置字体即可。配置示例包括使用ctex包的LuaLaTeX模式，或者直接使用luatexja-fontspec包进行字体设置。LuaLaTeX还支持更灵活的字体回退机制，当指定字体不可用时能够自动选择替代字体。
如果文档需要与现有的中文LaTeX工作流兼容，或者使用了大量专门为XeLaTeX设计的包，建议选择XeLaTeX。XeLaTeX的配置需要确保系统安装了xeCJK包，并在header.tex中正确设置字体。XeLaTeX对字体名称的要求相对严格，需要确保字体名称与系统安装的字体完全匹配。
中文字体配置最佳实践
中文字体配置是Quarto PDF渲染中的关键环节，正确的配置能够确保文档的视觉效果和可读性。在LuaLaTeX环境下，推荐使用ctex包的LuaLaTeX模式，该模式自动处理中英文字体切换和排版规则。配置时需要注意字体名称的准确性，Windows系统通常使用SimSun、Microsoft YaHei等字体名称，而macOS和Linux系统可能使用不同的字体名称。
字体回退机制是确保文档渲染成功的重要保障。当指定的中文字体不可用时，系统应该能够自动选择替代字体，避免渲染失败。在LuaLaTeX中，可以通过fontspec包的字体特性实现回退，在XeLaTeX中则需要通过xeCJK包的配置选项实现。建议在配置文件中提供多个备选字体，确保在不同系统环境下都能正常渲染。
字体子集化是优化PDF文件大小的重要手段，特别是对于包含大量中文字符的文档。LuaLaTeX和XeLaTeX都支持字体子集化，但实现方式不同。LuaLaTeX通过Lua脚本实现更精细的子集化控制，而XeLaTeX则依赖内置的子集化机制。在实际应用中，需要根据文档的具体需求选择合适的子集化策略。
性能优化与故障排除
PDF渲染性能优化涉及多个方面，包括字体缓存、内存使用和并行处理。LuaLaTeX在性能优化方面具有明显优势，它支持更高效的字体缓存机制，重复渲染时能够显著减少处理时间。LuaLaTeX还支持Lua扩展，用户可以通过编写Lua脚本实现自定义的性能优化逻辑。
内存使用是大型文档渲染时需要考虑的重要因素。LuaLaTeX和XeLaTeX在处理大型文档时的内存使用模式不同，LuaLaTeX通常具有更好的内存管理能力，能够处理更大的文档。在内存受限的环境中，可能需要调整引擎参数或采用分块渲染的策略。
故障排除是PDF渲染过程中的常见需求。常见的错误包括字体缺失、包冲突和编码问题。字体缺失错误通常表现为渲染失败或字体回退到默认字体，解决方法是确保指定字体已安装并正确配置。包冲突通常表现为编译错误，需要检查包版本兼容性或调整加载顺序。编码问题通常表现为字符显示异常，需要确保文档编码与引擎设置一致。
总结与建议
Quarto PDF引擎的选择需要综合考虑文档需求、系统环境和性能要求。LuaLaTeX作为默认引擎，在大多数情况下都是最佳选择，特别是对于性能敏感的应用场景。XeLaTeX则更适合需要与传统中文LaTeX工作流兼容的场景，或者对稳定性有特殊要求的应用。
在实际应用中，建议优先尝试LuaLaTeX，如果遇到兼容性问题再考虑XeLaTeX。配置时应该注重字体回退机制的设置，确保文档在不同环境下都能正常渲染。性能优化应该从字体缓存和内存管理入手，对于大型文档可以考虑分块渲染或使用更强大的硬件资源。
随着Quarto生态的不断发展，PDF渲染技术也在持续改进。用户应该关注Quarto的更新日志，及时采用新的特性和优化。同时，建议建立标准化的文档模板和配置规范，确保团队协作的一致性和效率。通过合理选择PDF引擎和优化配置，Quarto能够为用户提供高质量、高效率的文档渲染体验。