diff --git a/sim_scenes/solar_system/earth_moon_reality.py b/sim_scenes/solar_system/earth_moon_reality.py new file mode 100644 index 0000000000000000000000000000000000000000..1338ad9b71e4585ae511d96902c45e6a70f5c076 --- /dev/null +++ b/sim_scenes/solar_system/earth_moon_reality.py @@ -0,0 +1,302 @@ +# -*- coding:utf-8 -*- +# title :模拟太阳系给天体真实时间和位置 +# description :模拟太阳系给天体真实时间和位置 +# author :Python超人 +# date :2023-07-23 +# link :https://gitcode.net/pythoncr/ +# python_version :3.8 +# ============================================================================== +import math + +import numpy as np + +from bodies import Sun, Mercury, Venus, Earth, Mars, Asteroids, Jupiter, Saturn, Uranus, Neptune, Moon +from common.celestial_data_service import get_body_posvel, recalc_moon_position, calc_solar_acceleration +from common.consts import SECONDS_PER_WEEK, SECONDS_PER_DAY, AU +from sim_scenes.func import ursina_run, camera_look_at +from simulators.ursina.entities.body_timer import TimeData +from simulators.ursina.ui.control_ui import ControlUI +from simulators.ursina.ursina_config import UrsinaConfig +from simulators.ursina.ursina_event import UrsinaEvent +from ursina import camera, application + + +class SolarSystemRealitySim: + def __init__(self): + """ + + @param debug_mode: 是否为调试模式 + """ + self.show_asteroids = False + self.clock_position_center = False + self.show_earth_clouds = False + self.debug_mode = False + self.recalc_moon_pos = True + + def create_bodies(self): + """ + 创建太阳系的天体 + @return: + """ + # 由于宇宙空间尺度非常大，如果按照实际的天体大小，则无法看到天体，因此需要对天体的尺寸进行放大 + # 太阳缩放比例 + + # 地月缩放比例 + # 为了更好的展示效果，需要对月球的位置重新计算（使得地月距离放大，月球相对地球方向不变），重新计算位置后，地球和月球可以放大1000倍以上 + if self.recalc_moon_pos: # 重新计算月球位置 + self.earth_size_scale = 10e3 if self.debug_mode else 1e3 + self.sun_size_scale = 0.04e2 if self.debug_mode else 0.4e2 + self.moon_size_scale = 2e3 + else: + # 不重新计算，则地月的距离相对整个太阳系会非常近，因此，月球只放大了30倍 + self.earth_size_scale = 2.5e1 + self.moon_size_scale = 5e1 + self.sun_size_scale = 1e1 + + self.sun = Sun(name="太阳", size_scale=self.sun_size_scale) # 太阳 + self.earth = Earth(name="地球", texture="earth_hd.jpg", + rotate_angle=3.44, + size_scale=self.earth_size_scale) # 地球 + self.earth_camera = Earth(name="地球摄像机", texture="transparent.png", + rotate_angle=0, + rotation_speed=0, + show_trail=False, + size_scale=1) # 地球摄像机 + self.earth_camera.camera_init_val = 0 + self.moon = Moon(name="月球", size_scale=self.moon_size_scale, + rotation_speed=0.4065) # 月球 + + # 所有天体 + self.bodies = [self.sun, self.earth, self.earth_camera, self.moon] + + def init_earth(self): + """ + 初始化地球 + @return: + """ + # 让地球显示自转轴线 + self.earth.rotate_axis_color = (255, 255, 50) + # 如果为调试模式，则太阳光对地球无效，方便查看 + if self.debug_mode: + self.earth.set_light_disable(True) + + def set_earth_rotation(self, dt): + """ + 根据指定的时间控制地球的旋转角度（保证地球的自转和北京时间同步） + @param dt: 时间 datetime + @return: + """ + + # timetuple 可以获取当天的小时数、分数钟、秒数 + timetuple = dt.timetuple() + # 当年的第几天 + day_of_year = timetuple.tm_yday + # 根据当年的第几天计算出该日期当天的偏转角度：360度 / 365天 = 当天的偏转角度 + angle_of_day = day_of_year * (360 / 365) + # 计算出精确的小时数 + total_hours = timetuple.tm_hour + timetuple.tm_min / 60 + timetuple.tm_sec / 60 / 60 + # -total_hours： 负号控制地球的旋转方向、1天24小时，360度/24=15 + # total_hours * 15：1天24小时，360度/24小时=1小时15度 + # angle_of_day： 1年第几天的角度 + self.earth.planet.rotation_y = -total_hours * 15 - angle_of_day + 15 # 精确调整 + + def show_clock(self, dt): + """ + 显示时钟 + @param dt: 时间 datetime + @return: + """ + if self.clock_position_center: + position, origin = (0, .25), (0, 0), + else: + position, origin = (0.60, -0.465), (-0.5, 0.5), + + ControlUI.current_ui.show_message(dt.strftime('%Y-%m-%d %H:%M:%S'), + position=position, + origin=origin, + font="verdana.ttf", + close_time=-1) + + def set_bodies_position(self, time_data: TimeData): + """ + 设置天体的位置（包含速度和加速度的信息） + @param time_data: + @return: + """ + t = self.start_time + time_data.total_days + + earth_pos = None + sun_pos = None + + for body in self.bodies: + if isinstance(body, Asteroids): # 小行星带是模拟，不是正常的天体 + posvel = None + else: + # 获取天体的三维位置和矢量速度 + posvel = get_body_posvel(body, t) + + if isinstance(body, Moon): # 如果是月球，为了更好的展示效果，需要对月球的位置重新计算 + moon_real_pos = [posvel[0].x.value * AU, posvel[0].z.value * AU, posvel[0].y.value * AU] + # TODO:注释下行，月球就会在真实的位置 + if self.recalc_moon_pos: + posvel = recalc_moon_position(posvel, earth_pos) + + if posvel is None: + # posvel 为空，则使用太阳的坐标 + position, velocity = [sun_pos.x.value * AU, + sun_pos.z.value * AU, + sun_pos.y.value * AU], [0, 0, 0] + else: + # 坐标单位：千米 速度单位：千米/秒 + position, velocity = [posvel[0].x.value * AU, posvel[0].z.value * AU, posvel[0].y.value * AU], \ + [posvel[1].x.value * AU / SECONDS_PER_DAY, + posvel[1].z.value * AU / SECONDS_PER_DAY, + posvel[1].y.value * AU / SECONDS_PER_DAY] + + # 实时调整天体的位置和速度 + body.position = np.array(position) + body.velocity = np.array(velocity) + + if isinstance(body, Asteroids): + pass + elif isinstance(body, Sun): + # 记录太阳的位置 + sun_pos = posvel[0] + elif isinstance(body, Moon): + # 月球受到2个影响比较大的天体引力（地球和太阳），计算引力引起的加速度和 + acc_earth = calc_solar_acceleration(moon_real_pos, self.earth) + acc_sun = calc_solar_acceleration(moon_real_pos, self.sun) + body.acceleration = [acc_earth[0] + acc_sun[0], + acc_earth[1] + acc_sun[1], + acc_earth[2] + acc_sun[2]] + else: + # 其他天体受到太阳引力 + body.acceleration = calc_solar_acceleration(body, self.sun) + + if isinstance(body, Earth): + # 记录地球的位置 + earth_pos = posvel[0] + + def on_ready(self): + """ + 事件绑定后，模拟器运行前会触发 + @return: + """ + # 运行前触发 + + # camera.rotation_z = -20 + # if self.debug_mode: + # camera.fov = 30 # 调试时，拉近摄像机距离 + # camera.fov = 1 + camera.parent = self.earth_camera.planet + # 需要按照时间和日期来控制地球的自转，所以删除控制地球自转的属性 + delattr(self.earth.planet, "rotation_speed") + delattr(self.earth.planet, "rotspeed") + + # 以下配置可以快速查看4年的轨迹 + UrsinaConfig.trail_length = 2800 + # UrsinaConfig.trail_type = 'line' + UrsinaConfig.trail_factor = 3 + UrsinaConfig.trail_thickness_factor = 10 + + # 设置后，可以调整鼠标键盘的控制速度 + application.time_scale = 2 + + def set_camera_pos(self, time_data: TimeData): + + if time_data.total_days > 120: + self.earth_camera.camera_init_val = +3000000 + elif time_data.total_days > 90: + self.earth_camera.camera_init_val = +1200000 + elif time_data.total_days > 60: + self.earth_camera.camera_init_val += 300000 + elif time_data.total_days > 30: + self.earth_camera.camera_init_val += 100000 + + camera.x = -300 # 100 + # camera.z = 200 + camera.y += self.earth_camera.camera_init_val * UrsinaConfig.SCALE_FACTOR + + UrsinaConfig.trail_factor = 3 * math.sqrt(camera.y / 250) + + def on_timer_changed(self, time_data: TimeData): + """ + 事件绑定后，时时刻刻都会触发 + @param time_data: + @return: + """ + dt = time_data.get_datetime(str(self.start_time)) + # 设置天体的位置（包含速度和加速度的信息） + self.set_bodies_position(time_data) + # 保证地球的自转和北京时间同步 + self.set_earth_rotation(dt) + # 调整摄像机的位置 + self.set_camera_pos(time_data) + # 摄像机看向地球 + camera_look_at(self.earth) + # 显示时钟 + self.show_clock(dt) + + def bind_events(self): + # 运行中，每时每刻都会触发 on_timer_changed + UrsinaEvent.on_timer_changed_subscription(self.on_timer_changed) + # 运行前会触发 on_ready + UrsinaEvent.on_ready_subscription(self.on_ready) + + def run(self, + debug_mode=False, + start_time=None, + recalc_moon_pos=True, + clock_position_center=False): + """ + 模拟运行 + @param debug_mode: 是否调试模式 + @param start_time: 运行的开始时间 + @param show_asteroids: 是否显示小行星带 + @param show_earth_clouds: 地球是否显示云层（图片效果，不是真实的云层） + @param recalc_moon_pos: 为了更好的展示效果，需要对月球的位置重新计算（使得地月距离放大，月球相对地球方向不变） + @param clock_position_center: 时钟是否显示在中间 + @return: + """ + self.recalc_moon_pos = recalc_moon_pos + self.debug_mode = debug_mode + self.clock_position_center = clock_position_center + # 创建太阳系天体 + self.create_bodies() + # 绑定事件 + self.bind_events() + + from astropy.time import Time + from datetime import datetime + # 开始时间为空，则默认为当前时间 + if start_time is None: + self.start_time = Time.now() # 获取默认开始时间为当前时间 + elif isinstance(start_time, str): + self.start_time = Time(datetime.strptime(start_time + '+0800', '%Y-%m-%d %H:%M:%S%z'), + format='datetime') + + dt = SECONDS_PER_DAY # 1秒=1天 + # dt = 1 # 1秒=1秒 + # 使用 ursina 查看的运行效果 + # 常用快捷键： P：运行和暂停 O：重新开始 I：显示天体轨迹 + # position = 左-右+、上+下-、前+后- + ursina_run(self.bodies, dt, + position=(0, 500000000, 0), + # position=(0, 0.2 * AU, -3 * AU), + gravity_works=False, # 关闭万有引力的计算 + show_grid=False, + show_trail=True, + # cosmic_bg='', + show_camera_info=False, + timer_enabled=True) + + +if __name__ == '__main__': + # 以下展示的效果为太阳系真实的时间和位置 + sim = SolarSystemRealitySim() + sim.run( + # debug_mode=True, # 是否调试模式 + # start_time='2023-01-01 02:20:00', # 指定运行的开始时间，不指定为当前时间 + recalc_moon_pos=False, # 为了更好的展示效果，需要对月球的位置重新计算（使得地月距离放大，月球相对地球方向不变） + # clock_position_center=True # 时钟是否显示在中间 + ) diff --git a/simulators/ursina/entities/body_trail.py b/simulators/ursina/entities/body_trail.py index 9e6f1419f3637e4e343b5fd570e3e43bf6490782..1f961ab16756a5ecb507384f056fd82b9cba99fd 100644 --- a/simulators/ursina/entities/body_trail.py +++ b/simulators/ursina/entities/body_trail.py @@ -126,9 +126,14 @@ class BodyTrailLine(Entity): else: direction = (0, 0, 0) + if "thickness" in kwargs: + thickness = kwargs['thickness'] + else: + thickness = 1.0 + super().__init__( # model='line', - model=Mesh(vertices=((0, 0, 0), direction), mode='line', thickness=2), + model=Mesh(vertices=((0, 0, 0), direction), mode='line', thickness=2*thickness), ignore_paused=True, **kwargs ) diff --git a/simulators/ursina/entities/entity_utils.py b/simulators/ursina/entities/entity_utils.py index aea3d4989c9a06aa48315a8298e77de1a1858973..17bca841b13ef1907f861966a16c47d3eb210465 100644 --- a/simulators/ursina/entities/entity_utils.py +++ b/simulators/ursina/entities/entity_utils.py @@ -152,7 +152,9 @@ def create_trail_sphere(parent, pos): @return: """ # sphere = create_sphere(1,6) diamond sphere - trail = BodyTrail(color=parent.trail_color, scale=parent.trail_scale, position=pos) + trail = BodyTrail(color=parent.trail_color, + scale=parent.trail_scale * UrsinaConfig.trail_factor, + position=pos) # trail.set_color_off() # trail.set_color_scale_off() @@ -233,7 +235,10 @@ def create_trail_line(parent, pos): trail_last_pos = parent.trail_last_pos if distance(pos, trail_last_pos) > 0: value, direction = get_value_direction_vectors(pos - trail_last_pos) - trail = BodyTrailLine(color=parent.trail_color, scale=parent.trail_scale, position=trail_last_pos, + trail = BodyTrailLine(color=parent.trail_color, + scale=parent.trail_scale * UrsinaConfig.trail_factor, + thickness=UrsinaConfig.trail_thickness_factor, + position=trail_last_pos, direction=Vec3(direction)) trail.set_light_off() parent.last_trail = trail @@ -327,7 +332,7 @@ def create_fixed_star_lights(fixed_star): if fixed_star.body_view.body.light_on: for i in range(2): # 创建 PointLight 对象，作为恒星的灯光源 - light = PointLight(parent=fixed_star, # model="sphere", + light = PointLight(parent=fixed_star, # model="sphere", scale=10, intensity=10, range=10, color=color.white) diff --git a/simulators/ursina/ursina_config.py b/simulators/ursina/ursina_config.py index 134c6afa6cb4c617eb228d7d336e079defedf822..15c11a959bbd2cf81043dcd3651d40a4aa050d27 100644 --- a/simulators/ursina/ursina_config.py +++ b/simulators/ursina/ursina_config.py @@ -15,6 +15,8 @@ class UrsinaConfig: # 天体缩放的因子（不能太大，否则无法容得下大数量级的天体）调整 5e-7 最佳 __SCALE_FACTOR = 5e-7 auto_scale_factor = 1.0 # __SCALE_FACTOR 不能满足，需要自动进行调整 + trail_factor = 1.0 # 拖尾大小因子。默认为1.0 + trail_thickness_factor = 1.0 # 线条拖尾厚度大小因子。默认为1.0 # 旋转因子为1，则为正常的转速 ROTATION_SPEED_FACTOR = 1.0 # ROTATION_SPEED_FACTOR = 0.01