基于WWT等軟件制作500米口徑球面射電望遠鏡的視頻

楊朝宇 張立云

摘要：500米口徑球面射電望遠鏡為世界帶來了更大的視野來觀測宇宙，而普通人對于中國天眼FAST的了解還是非常有限的，為了更好地向大眾普及FAST望遠鏡這一個天文重器，我們團隊運用Worldwide telescope和Maxon CINEMA 4D等軟件制作一個全方位的視頻，主要介紹FAST望遠鏡建設歷程、科學意義、最新科學成果等，同時還簡單介紹了國內外射電望遠鏡的研究背景和未來的發展趨勢，該作品獲得了全國大學生天文科普創新競賽一等獎，對基于FAST開展天文科普具有非常重要的意義。

關鍵詞：FAST；科普視頻；Worldwide telescope；Maxon CINEMA 4D

1.FAST簡介

500米口徑球面射電望遠鏡（Five-hundred-meter Aperture Spherical radio Telescope，簡稱FAST），是1994年提出構想，于2016年9月25日在貴州省平塘縣落成的現今全球單口徑最大的射電望遠鏡。目前已經發現了100顆左右的脈沖星，其中包括一顆毫秒脈沖星。但FAST的用途絕不僅如此，它也將肩負起尋找外星文明，揭示宇宙的形成，檢測微弱的空間信號等使命，從2016年9月FAST開始調試運行以來，迅速成為了世界的焦點，對于科學研究者來說，大口徑意味著有大視野，高精度，能夠探測到以往不能探測到的區域。對于普通大眾來說，FAST未來能夠探測到宇宙邊緣，這是一個令人激動的時刻。但對于普通大眾來說，能夠了解到的關于FAST的也只是“全世界最大”“射電”“工程量浩大”等表面詞上，同時對于FAST的直觀感受大部分也只是停留在網絡圖片這一層面上，并沒有非常全面的了解FAST建設過程、全部結構及其工作原理。鑒于此，我們團隊將通過3D模型結合WWT軟件等的科普形式，進行FAST面向大眾的全方面科普，其目的是介紹FAST，讓大眾認識到不一樣的FAST，但通過這個科普視頻我們希望人們獲得的并不只有對FAST認識，還有對射電望遠鏡這一天文重器的更深層次的了解。

2.FAST科普視頻制作工具

HELLO FAST的項目主要運用Maxon C INEMA 4D建模建立FAST的3D模型并將其插入到WWT中，在WWT中創作漫游作品。主要工具：（1） 、Maxon CINEMA 4D（C4D）；2、Worldwide telescope（WWT）；3、Adobe After Effects（AE）；（4） 3D打印機。

Maxon CINEMA 4D（簡稱C4D）是一款強大的3D制圖軟件，其包含建模、動畫、渲染[網絡渲染]、角色、粒子以及插畫等模塊，是一套整合3D模型、動畫的高級三維繪圖軟件，可以說 Maxon CINEMA 4D 提供了一個完整的 3D 創作平臺，用其來進行3D建模使得FAST的一些細節得以展現，而其超高的渲染能力能使模型顯得更真實。

但網絡上關于FAST的各項數據比如其各個部件的比例，鍋面的弧度等是沒有的，所以這對3D建模帶來了一定的困難，鑒于此情況，我們只能從圖片上推測其比例和其它需要知道的數據，這直接導致了模型肯定與真實的FAST有一定的出入，但我們考慮到這是一個WWT漫游作品，建立的模型已足以展現出FAST的各個部分，近似的數據并不影響我們對FAST的科普，所以就沒有對模型要求太嚴苛。

WWT是微軟公司開發的用于天文愛好者或者天文科普工作者進行探索可科普的工具，它結合了哈勃太空望遠鏡、錢德拉X射線天文臺，斯隆數字巡天（Sloan Digital Sky Survey，縮寫為SDSS）計劃拍攝的天文照片，最近還增加了郭守敬天文望遠鏡的數據，具有極佳的視覺體驗和易于使用的導航功能，對于喜歡探索星空的天文愛好者，WWT提供了3維太陽系進行探索，這讓軟件的使用者能夠在各個行星之間進行遨游，同時，其建立的3維宇宙和3維銀河系也是讓人驚嘆的功能，其中能夠自己創建漫游作品的功能讓天文科普工作變得簡單明了。

3. 項目歷程

項目制作過程中團組成員分別進行項目的3D建模、視頻特效與剪輯、配音與講解。3D建模是這個科普視頻重要的一個步驟，它直接決定了視頻的視覺效果與直觀程度，在3D建模中，不僅要將FAST的重要部位詳細地刻畫出來，而且還得根據大窩凼的地形創建出高矮不同的支撐架，同時還得建立一部分FAST周邊的地形，這對于項目成員的3D建模水平有一定的要求。故而在設計建模之前，我們團隊花費兩周左右的時間來收集FAST相關的資料，并得到有關FAST一些建模所需要的參數，比如其鋼索的數量、接收機前端的設計圖、線纜的走向和接收機的位置等等，這都是為了更精確地建造其模型而進行的常規數據收集。

視頻制作是這個科普視頻項目的又一重要的環節，視頻首先要在WWT中進行制作，即運用WWT制作出從可觀測宇宙到銀河系再到太陽系再到地球的壯闊畫面，這一段視頻的制作意在以精美宏大的創面激起觀眾的興趣，并對后面介紹FAST即射電望遠鏡有一個心理緩沖。在從地球進入到貴州省坪塘縣大窩凼時，我們采用了從WWT畫面轉到C4D渲染動畫，以后在介紹FAST及射電望遠鏡時都是通過C4D渲染出的動畫來進行制作。在C4D中進行動畫渲染有以下優點：1、動畫的制作更為精密和簡單；2、易于對模型進行調整；3、在C4D中渲染出的動畫有更好的可觀賞性。但如果在C4D中進行渲染則需要很好的電腦設備及充裕的時間，渲染的質量越高所需要的渲染時間也就越長。

文案主要參考500米口徑球面射電望遠鏡工程網站、南仁東先生的《500m口徑射電望遠鏡》、射電望遠鏡的書籍以及射電天文暑期班的相關資料。在視頻中首先是從宇宙的大尺度范圍到銀河系，視角到達銀河系時開始介紹銀河系的旋臂結構，視野到達太陽系，然后從遠到近介紹了太陽系的八大行星，最后再將視野定格在地球、定格在貴州省平塘縣FAST的臺址。

FAST的介紹首先是介紹了FAST的各個部件，這些部件同時也是大部分的射電望遠鏡所固有的；其次是射電望遠鏡的工作頻段，用圖像結合講解的方式來讓觀看者直觀感受到射電望遠鏡所接收的波是什么波；在介紹射電望遠鏡的工作原理時，則通過AE來進行波的特效的制作，觀看者可以清楚地看到波的傳播走向并知道波在射電望遠鏡的接收機中是怎樣提取的，同時介紹FAST的科學目標以及最新的成果，最后我們還介紹了的射電望遠鏡干涉陣，特別是目前國際上正在建造的平方公里射電望遠鏡陣列SKA項目。

4.總結

天文類的競賽剛從國內發展起來，借助FAST在全國的影響力，有效地帶動了一批天文愛好者，但同樣的大學生天文創新作品還需要國內各高校老師和同學的積極參與才能將其影響力擴大，讓更多更好的天文作品深入人心，推動中國天文科普事業的發展，提高公眾的科學文化素質。

參考文獻

[1]南仁東， 500m球反射面射電望遠鏡FAST[J]，中國科學：物理學 力學 天文學，2005，35（5）：449-466.

[2]K. Rohlfs T.L.Wilson， 射電天文工具[M]， 北京師范大學出版社，2008.

[3]B. Anderson， Basic Radio Astronomy[M]， NATO ASI Series， 1989.