Celestia

Celestia

Celestia 是一套開放原始碼的 3D 天文軟體,在 Linux 作業系統下編寫,利用 NVIDIA® 加速元件處理高解析度的材質與紋理貼圖,流暢地顯示高解析度影像。Celestia 能存取 NASA 影像資料庫中的星球與星系目錄,讓您能看到“飛越”宇宙的虛擬實境。

NASA 的目標是讓大眾能輕易取得太空探測任務的資料。NASA 研究許多方法讓大眾分享科學研究成果的喜悅。NASA 主動協助教師,合作發展各種技巧與工具來激勵學生。NASA 致力鼓勵青年學子成為新一代科學家、技術人員、工程師、以及數學家。為達成這個目標,教師必須使用足夠的工具。Celestia 這項寶貴工具能在住家以及其他場所,可發揮激發與教育青年學子的成效。

Celestia 是由克里斯 · 勞瑞爾(Chris Laurel)主導開發。包括現今成為計畫贊助的 NASA 在內,結合眾多研發人員的努力,共撰寫約 10 個版本的 Celestia 成為眾人吸收太空與星球知識的視窗。這項工具運用 NVIDIA 繪圖技術,讓使用者透過影像來探索龐大資料庫里的內容,其中包含星球與星系的目錄,以及由星際太空船所收集的影像資料。通過桌上型或筆記本 PC 或 MAC,使用者可利用各種方式來觀看資訊,其中包括:調整時序設定(觀察未來將發生的事件)、調整視窗鎖定的影像範圍、仔細觀察地球與其他星球,包括太陽、銀河系、以及其他各種天體。

該 3D 視覺化工具可讓使用者能透過特殊方式來觀看我們的宇宙,結合 PC 平台與 NVIDIA 繪圖方案,讓廣大民眾能觀看到壯觀的天文景象。

基本介紹

  • 軟體名稱:Celestia
  • 開發商:克里斯 · 勞瑞爾(Chris Laurel)團隊
  • 軟體平台:Microsoft Windows / Mac OS / Linux
  • 軟體版本:1.6.1.0
  • 更新時間:2011 年 6 月
  • 軟體大小:66.6 MB(本體,外掛程式大小無限制)
  • 官方網站:celestia.space
最新版本,使用教程,控制方法,使用舉例,外掛程式製作教程,

最新版本

Celestia 1.6.1.0 是 Celestia 軟體中的最新正式版本,更新木星(Jupiter)的 62 顆衛星,土星(Saturn)的 60 顆衛星,天王星(Uranus)的 28 顆衛星,海王星(Neptune)的 18 顆衛星和冥王星(Pluto)的 3 顆衛星全部資料。它將所有的衛星的圖樣改進,將舊有的衛星變成橢圓形或扁形的或已知的圖樣,而且名字從只有衛星名和編號變成衛星名、該行星的名字和數字編號,例如:土衛十(Janus)的名字就是“Janus/Saturn X/1980 S 1”,你在 Target Name(輸入名稱)中打任何一個名字都可以搜尋到該衛星。小行星的名字從編號或名字改成編號和名字或編號,加該小行星的有的英文名,再加上編號。它還可以剔除小衛星的名字和軌道,這在 Render(渲染)的 View Options(視圖選項)中的剔或剔除 Minor Moons(小型衛星)的 Orbits(軌道)或 Labels(標籤)。
但是 Celestia 1.6.1.0 有一個缺陷,恆星沒有星芒效果,大氣層只能看見日冕(Celestia EP 已經修復)。

使用教程

依據依巴谷星表,Celestia 內建將近 1.2 × 10^5 顆恆星。可調整最大可見的視星等來改變熒幕上恆星的數量,也可改變恆星呈現出的外觀。Celestia 利用非常精確的 VSOP87 理論計算軌道,包括雙星、行星、系外行星、矮行星、衛星、小行星彗星、人造衛星和太空船,也提供了各行星、衛星的日食、月食預測。
可以用簡單的鍵盤、滑鼠指令以任何速度、在數秒內到達 Celestia 宇宙的任何地方,包括了球狀星團、不規則、橢圓、透鏡或螺旋星系(內建超過 10^4 個星系),也可將旅途的視野設定成向前、向後或任何方向。可環繞天體,與天體同步運轉,或追蹤運行中的天體。
可將時間設定在過去到未來的任何時刻,可用協調世界時或當地時間。可調整時間流逝的速度,從正常的 10^15 倍到 10^-15 倍,也可暫停或倒流。不過快轉到公元或公元前 2.0 × 10^8 年元旦(1 月 1 日)就會停止。儘管如此,太陽系行星軌道只在數千年範圍內才算精確,超過了數千年就有不準確。另外也有光時校準(Light-Time Correction)。
可顯示各天體的名稱,和天體表面特徵的名稱,包括撞擊坑、火山、峽谷、海洋、城市等等。
Celestia 還展現了其他細節,如大氣層、晨昏時的橘色光線、天體表面特徵、地形陰影、移動的雲、雲影、水面反光、夜半球的城市光點、行星環、環的影子、食、彗尾、恆星光芒、星座連線和界線。

控制方法

滑鼠
左鍵拖動:改變視角
右鍵拖動:環繞選定對象
滑鼠滾輪/ Ctrl + 滑鼠左鍵:調整選定對象距離
Shift + 左鍵:改變視野
滾輪點擊:切換視野
左鍵點擊:選擇對象
左鍵雙擊:置中對象
右鍵點擊:打開選單
鍵盤
導航
H:選擇太陽(Home)
C:置中所選對象(Center)
G:前往並跟隨(Goto)
F:跟隨對象(Follow)
Y:同步軌道對象
::鎖定對象
":追逐對
T:跟蹤對象
Home:接近對象
*:後視鏡
End:遠離對象
ESC:取消當前執行的運動或腳本
←:左轉
→:右轉
↑:上抬
↓:下抬
0:選擇此行星系的主恆星
1 ~ 9:選擇此行星系的對象(例:2 = 金星,4 = 火星等)
Enter:查找物體。
Ctrl +C / INS:複製行星線上信息(URL)
時間
空格:暫停/恢復時間的流動和腳本
J:時間後退/前進
\:實時(速度)
L:改變時間速度:× 10
K:改變時間速度:÷ 10
Shift + L:改變時間速度:× 2
Shift + K:改變時間速度:÷ 2
!:實時(具體時間以系統時間為準)
?:開啟光傳播延遲
-:忽略光傳播延遲
顯示標籤
E:星系
Shift + E:球狀星團
B:恆星
P:行星
Shift + P:矮行星
M:衛星
Shift + M:小衛星
W:小行星
N:宇宙飛船
=:星座
&:位置
顯示物體
U:星系
Shift + U:球狀星團
^:星雲
Ctrl + A:大氣層
I:雲
Shift + I:Lua 工具開關(Celestia 不內置 Lua 工具,需要從官網下載安裝)
Ctrl + L:夜視圖
Ctrl + T:彗尾
Ctrl + E:星月食陰影
Ctrl + B:星座邊界
/:星座連線
;:赤道坐標系
Ctrl + K:標記
O:軌道
觀察
{:減少環境光
}:增加環境光
(:減少星系的光增益
):增加星系的光增益
[:減少限制級
]:增加限制級
——如果自動星等關閉:增加限制級(更少的恆星)
——如果自動星等開啟:增加在 45° 視場限制級
Ctrl + Y:自動星等開關
,:縮小視野(Shift+ 滑鼠左鍵拖動)
.:擴大視野(Shift+ 滑鼠左鍵拖動)
Ctrl + X:反鋸齒
Alt + Enter:切換顯示模式(全螢幕/視窗)
Ctrl + P:標記所選對象
+:切換行星紋理(一般/知識界限)
%:切換恆星顏色(光譜型約定顏色/紋理顏色)
Ctrl + S:周期明星風格(模糊點/正常點/縮放點)
V:數據文本(無/簡略/詳細)
Ctrl + W:切換顯示模式(真實/線框)
宇宙航行
F1:停止
F2:速度設定為 1 km/s
F3:設定速度為 103 km/s
F4:設定速度為 1 C
F5:速度設定為 10 C
F6:設定速度為 1 AU/s
F7:設定速度為 1 ly/s
A:增加速度
Z:降低速度
Q:扭轉方向
X:運動方向設定螢幕的中心
小鍵盤(須開啟 NUM LOCK)
4 = ←
6 = →
8 = ↓
2 = ↑
7 = Home
9 = End
5:停止運動

使用舉例

導航(Navigation)> 查找食(Eclipse Finder),設定日/月食、地點(某行星)與時間範圍,然後選擇所列結果的其中一個,點最下面按鈕計算日期並前往行星(Set Date and Go to Planet)前往該時間地點。
或直接將時間設定至已知日/月食時間。
如果搜尋的是地球上的日食,則會看見畫面為地球表面出現月球的影子;如果搜尋的是地球的月食,則會看到月球被地球影子遮住。
按鍵盤 L(加速)、K(減速)、J(倒轉)調整時間以觀察影子動向。
此時如果要看地球上某地的日食圖像,則:
選擇月球或太陽:導航 > 選擇物體(Select Object),或以滑鼠左鍵點選該物體。
鎖定:導航 > 追蹤所選物體(Track Selection),或按 T。此時此物固定於畫面中央。
選擇地球,按 Enter 鍵入地點名稱後再按 Enter,即可選擇該地點。
前往該地:導航 > 前往所選物體(Go to Selection),或按 G。可設定距離為 0,或以滑鼠滾輪拉近。
此時即看到天空中央有太陽或月球,按 Shift + 左鍵向上移,即可放大,並調整目標至適當大小。
按鍵盤 L(加速)、K(減速)、J(倒轉)調整時間,觀察日食過程。
Shift + Ctrl + 滑鼠左鍵可以編輯行星(需要提前按 Shift + 2 開啟編輯模式)
只是此軟體無法模擬日食發生時的天空顏色亮度變化。

外掛程式製作教程

該軟體可以進行自製星球的操作,但是需要簡單的編程和代碼,不能直接在軟體界面里製作。做出來的天體或者天體系統叫做外掛程式,外掛程式可以讓 Celestia 的世界更加精彩。
注意事項:由於軟體是由 Linux 編程,而 Linux 系統區分大小寫,所以製作時要注意代碼關鍵字大小寫問題。
Celestia 支持中文名稱的外掛程式檔案,但是由於微軟自帶的 Notepad 默認將代碼保存為 ANSI 模式, 所以使用 Notepad 輸入中文將會導致 Celestia 無法讀取導致外掛程式名顯示異常(呈“?”)。如果想要為外掛程式賦予中文名稱,使用 Notepad++ 即可解決問題。
Celestia 外掛程式安裝目錄為 Celestia\extras 或者 Celestia\extras-standard。將外掛程式主檔案以及貼圖放入該目錄,重啟 Celestia 即可看到效果。
註:教程中“#”字元為可選項,實際上外掛程式項前加上“#”字元可以時該項失效,若想讓外掛程式項生效,去掉“#”字元即可。
外掛程式本質為文本文檔,所有的代碼可以寫入文本文檔,保存後更改擴展名,就是外掛程式的主檔案。
外掛程式主檔案格式示例:
恆星部分
恆星外掛程式的擴展名為“.stc”(全稱 Star Catalog,譯名星表),是 Celestia 用來存儲恆星與合星質心的檔案。
單星:
"HD 97401:Plu"(如果在“"”前寫數字,表示增加 HIP 編號,如果 HIP 編號已有,則更改該恆星的數據。其中添加“:”可以使得該恆星有多個名字可被搜尋)
{
RA 64(赤經)
Dec 167(赤緯)
註:Celestia 的赤經和赤緯是維基百科的小數形式。其中恆星的赤經化為小數後,需要 × 15。
Distance 51547(距日距離,單位 ly)
SpectralType "G2V"(光譜型)
註:SpectralType共有 3 個部分組成,分別為恆星光譜,次型和光度級組成。
“G”表示恆星光譜型,主要分為“O、B、A、F、G、K、M”,還有特殊光譜,為“C、N、R、S(碳星)L、T(褐矮星)”。
約定顏色:
沃爾夫-拉葉星
WC:藍色
WN:藍色
普通恆星
O:藍色
B:藍白色
A:白色
F:黃白色
G:黃色
K:橙色
M:紅色
碳星
C:紅色
N:紅色
R:紅色
S:紅色
褐矮星
L:暗紅色
T:暗紅色
視覺顏色:
沃爾夫-拉葉星
WC:藍白色
WN:藍白色
普通恆星
O:藍白色
B:藍白色
A:藍白色
F:青白色
G:白色
K:黃白色
M:橙紅色
碳星
C:橘紅色
N:橘紅色
R:橘紅色
S:橘紅色
褐矮星
L:深紅橙色
T:深紅橙色
“2”代表該恆星的次型,從 1 ~ 9,數值小的恆星屬於該光譜型中的早期恆星,數值大的恆星屬於該光譜型中的晚期恆星。早期恆星溫度比晚期恆星更高。
“2”後緊隨的“V”是恆星光度級。目前 Celestia 支持的光度級主要有:
特超巨星:I-a0
亮超巨星:I-a
超巨星:I
暗超巨星:I-b
亮巨星:II
暗巨星:III
亞巨星:IV
矮星:V
亞矮星:VI
白矮星:DA、DB、DQ、DZ
中子星:Q
黑洞:X
註:超巨星類(I-a0、I-a、I-b)在“I”與“a”和“b”之間是否加“-”隨意,對外掛程式效果不影響,Celestia 會自動顯示。
白矮星、中子星和黑洞的光度級寫在次型前,例如“DA2,X”。
“天體(恆星)類別”,又稱光譜型。
Texture "gstar.*"(紋理,可有可無,沒有可按光譜分別)
註:默認紋理分別為:
Default:astar.*(在恆星光譜型超出範圍或未確定時使用該貼圖)
O、B:bstar.*
A、F:astar.*
G、K:gstar.*
M、C、N、R、S:mstar.*
L、T:browndwarf.*
WD:astar.*(註:WD 是白矮星(White Dwarf)的縮寫)
NeutronStar:astar.*
詳情請見:Celestia\celestia.cfg(該檔案為文本文檔類型的配置檔案,使用 Notepad 即可打開編輯)。
註:其中 JPEG 圖片擴展名可以縮寫為“.*”,但是其他格式不可以。
AbsMag 4.9(絕對星等
#AppMag 20.89 (視星等)
註:“AbsMag”和“AppMag”只能擇一使用。
Radius 635670(半徑,單位 km)
#SemiAxes [1 1 1](長、高、寬之比,但完全是球體可省略)
恆星效果圖恆星效果圖
RotationPeriod 3700(自轉時間,單位 h)
}
圖為恆星測試效果
多星:
註:多星的代碼比較複雜。下方代碼是多星系統中的一個子星舉例。
Barycenter "Barycenter"(恆星質心)
{
RA 100(質心赤經)
Dec 24(質心赤緯)
Distance 6400(質心距日距離)
}
"Wolf-Rayet Star"
{
OrbitBarycenter "Barycenter"(質心名稱)
SpectralType "WN2"(光譜型)
Texture "ostar.*"(恆星貼圖)
AbsMag -12.24(絕對星等)
#AppMag 16.64(視星等)
註:“AbsMag”和“AppMag”只能擇一使用。
Radius 10940640(半徑)
EllipticalOrbit(軌道數據)
{
Period 36(環繞周期,單位 yr)
SemiMajorAxis 58(軌道半徑,單位 AU)
Eccentricity 0.25(軌道偏心率,0 是正圓,1 是拋物線)
Inclination 72.6(軌道傾斜度)
AscendingNode 38.7(升交點經度)
ArgOfPericenter 180(近心點幅角)
}
Obliquity 72.6(軌道傾角)
EquatorAscendingNode 38.7(赤道升交點經度)
RotationPeriod 6493700(自轉周期,單位 h)。
}
註:在同一質心中可以無限創建恆星。
恆星質心必須有,這是多星外掛程式的基礎,否則外掛程式就會失效。
將以上代碼保存,並將文本文檔擴展名改為“.stc”放進指定目錄中(見上文)。在格式完全正確的前提下,重啟 Celestia ,搜尋該天體,前往後即可看到效果(括弧及括弧內的字元不要輸入)。
行星部分
行星外掛程式的擴展名為“.ssc”(全稱 Solar System Catalog,譯名太陽系目錄),是 Celestia 用來存儲行星系天體的檔案。
(官網 Mod 網站下載的一個例子(對此稍加修改),來自參宿四 B 星(紅矮星)的 Zanoni):
"Zanoni(行星名字)" "Betelgeuze B(恆星名字)"
#"Moon" "The Test Star/Zanoni"(如果是衛星,格式為:"名稱" "母恆星名稱/所環繞的行星")
{
Class "planet"(天體定義)
註:Celestia 的天體定義主要分為:
行星:planet
衛星:moon
矮行星:dwarfplanet
小衛星:minormoon
小行星:asteroid
彗星:comet
太空船:spacecraft
Texture "zanoni.*"(行星紋理)
#NightTexture "zanoni-night.*"(夜光貼圖,比如城市的燈光、熔岩的光、極光或其它)
#BumpMap "zanoni-bump.*"(凹凸貼圖,用於加深細節以使其逼真,製作起來相對容易,與法線貼圖只能擇一使用)
#BumpHeight 18.7(凹凸深度)
#NormalMap "zanoni-normal.*"(法線貼圖,相對於凹凸貼圖效果更好,但是製作方法更難)
#SpecularTexture "terra1-spec.*"(反光貼圖,越白反光越強,越黑反光越弱。註:有海洋或凍的行星需要使用)
#SpecularColor [ 0.35 0.5 0.55 ](反光的顏色)
註:所有涉及到顏色的項,方括弧內部格式統一為:“[ R G B ]”。
#SpecularPower 15.0(反光的強度。數值越大越集中,越小越發散)
#Mesh "himalia.3ds"(模型,一般不規則物體會用到)
#OrbitColor [ 0.0 0.0 1.0 ](行星軌道顏色)
註:Celestia 會自動判定軌道顏色,和恆星貼圖類似,此項可有可無。
#Orientation [ -90 1.0 0.0 ](三軸,用於調整模型角度)
註:所有涉及到三軸的項,方括弧內部格式統一為:“[ X Y Z ]”。
Radius 6400(半徑)
#SemiAxes [ 6405 6398 6405 ](長、寬、高,單位 km。與恆星外掛程式不同,該項與“Radius”只能擇一使用)
Oblateness 0.004(行星扁率)
Color [ 0.7 0.2 0.64 ](行星遠觀顏色)
BlendTexture true(讓“Color”著色行星貼圖)
#HazeColor [ 0.2 0.35 0.54 ](行星表面的霧的顏色,只有在“OpenGL 頂點格式”或“NVIDIA Combiner”渲染通道(或更高)里才會顯示)
#HazeDensity 0.24(霧的濃度)
#Emissive true(讓天體無陰影)
#Clickable false(讓天體禁止被選中)
#Visible false(讓天體不可見)
#InfoURL "http://zh.celestia.wikia.com"(連結,可以右鍵行星進入網頁查找資料)
EllipticalOrbit(軌道數據)
{
#Epoch 2457000.5(曆元,單位儒略日,表示下列軌道參數的參考時刻)
Period 0.655(軌道周期,單位 yr,如果是衛星,單位為 days)
SemiMajorAxis 0.8(半長軸,單位 AU,如果是衛星,單位為 km)
Eccentricity 0.07(軌道偏心率)
Inclination 6.2(軌道傾斜度)
AscendingNode 180(升交點經度)
ArgOfPericenter 100(近心點幅角)
MeanAnomaly 265(平近點角)
#MeanLongitude 265(幾何平黃經)
註:“MeanAnomaly”和“MeanLongitude”只能擇一使用。
#LongOfPericenter 48(近心點經度)
註:“ArgOfPericenter”和“LongOfPericenter”只能擇一使用。
}
Atmosphere(大氣層數據)
{
Height 96(大氣頂端距離表面的高度,單位 km)
#Lower [ 0.65 0.52 0.43 ](低層大氣的顏色)
#Upper [ 0.84 0.48 0.26 ](高層大氣的顏色)
#Sky [ 0.3 0.3 0.6 ](天空顏色)
#Sunset [ 1.0 0.6 0.2 ](日落的天空顏色)
註:以上四項在“OpenGL 2.0”渲染通道中不顯示,可以捨去。
Mie 0.0025(米氏散射)
MieAsymmetry -0.27(背光散射,數值越低背光散射越強)
Rayleigh [ 0.0025 0.001 0.004 ](瑞利散射
MieScaleHeight 15(米氏大氣散射程度)
#Absorption [ 0.0055 0.008 0.002 ](米氏大氣消光,這裡表示大量吸收紅光和綠光,剩下藍光)
CloudHeight 9.6(雲層高度)
CloudSpeed 48(雲層速度)
CloudMap "zanoni-clouds.*"(雲層貼圖)
CloudShadowDepth 1.0(雲層陰影)
}
UniformRotation(自轉數據,不加則認為潮汐鎖定
{
Period 277.22(周期,單位:h)
Inclination 2.9(轉軸傾斜角度)
}
Rings(光環數據)
{
Inner 60000(光環內徑,單位:km)
Outer 120000(光環外徑,單位:km)
Texture "zanoni-rings.*"(光環貼圖)
}
Albedo 0.33(反照率,會影響行星的亮度和溫度)
}
更新行(衛)星屬性
Modify "Io" "Sol/Jupiter"(如果是行星則為"Jupiter" "sol")(更新衛星,與編寫行(衛)星名稱的規則一樣)
{
SemiAxes [ 1830 1818.7 1815.3 ](物體的長、高、寬,單位:km,或使用“Radius”)
#CustomRotation "iau-io"(自定義自轉,可以刪除)
}
將以上代碼保存,並將文本文檔擴展名改為“.ssc”檔案放入軟體指定目錄中,在格式正確的前提下,重啟 Celestia ,搜尋該天體,前往後即可看到效果(括弧及括弧內的字元不要輸入)。
備註:凡是有關顏色的項顏色數據必須是在 0 ~ 1 之間,因此系統數據需要 ÷ 255 才能得到正確的結果,因為 Celestia 支持的紅、綠、藍色調強度最高值是 1。
深空天體
深空天體外掛程式的擴展名為“.dsc”(全稱為 Deep Space Catalog,譯名深空天體目錄),是 Celestia 用來存儲深空間天體的檔案。
星雲製作如下
Nebula(類型,這裡是星雲) "M16"(名稱)
{
Mesh "1995-44-a.3ds"(模型)
註:星雲外掛程式需要模型檔案才能顯示。檔案後綴為 3ds 或者 cmod(該檔案屬於 Celestia 特有檔案)。
Axis [ 0.205007 -0.737927 -0.642989 ](三軸)
Angle 146.298(角度)
RA 18.31404(赤經)
Dec -13.8311(赤緯)
Distance 7002(距日距離)
Radius 3.45(半徑,單位 ly)
}
球狀星團的製作方法如下
Globular(類型,這裡是球狀星團)"GBL S5824-12"(球狀星團的名稱)
{
RA 58.5(赤經)
Dec -70(赤緯)
Distance 50000(距日距離)
Radius 248(半徑,單位 ly)
CoreRadius 0.68(核心半徑,單位 角分)
KingConcentration 2.44(聚合度)
AbsMag -10.47(絕對星等)
}
疏散星團製作如下
OpenCluster "OCS 12"(疏散星團編號)
{
RA 6.3(赤經)
Dec -2(赤緯)
Distance 37363(距日距離)
Radius 18.7(半徑,單位 ly)
}
星系製作如下
Galaxy(類型,這裡是星系)"SGC 584"(星系編號)
{
Type "E0"(星系類型,E0、E1、E2、E3、E4、E5、E6 是橢圓星系,S0 是透鏡星系,Sa、Sb、Sc 為旋渦星系,SBa、SBb、SBc 為棒旋星系,Irr 是不規則星系)
CustomTemplate "E0.png"(星系模式,有了模式 Celestia 才會顯示星系。星系模式以 PNG 圖片形式存儲在 Celestia\models 資料夾中)
RA 36.5(赤經)
Dec -37(赤緯)
Distance 3000000 (距日距離)
Radius 525000(半徑,單位 ly)
AbsMag -20.6(絕對星等)
Axis [ 0.4372 -0.7548 -0.4891 ](三軸)
Angle 25.65(星系傾角)
}
將以上代碼保存,並將擴展名改為“.dsc”放入軟體的指定目錄中,在格式完全正確的前提下,重啟 Celestia ,搜尋該天體,前往即可看到效果(括弧及括弧內的字元不要輸入)。
所有的外掛程式代碼都可以精簡一部分(例如帶有“#”字元的項。只能擇一使用的項可以根據需要刪除另一個)。

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