Python超人-宇宙模拟器

common/celestial_data_service.py

@@ -7,11 +7,18 @@
 # python_version  :3.8
 # ==============================================================================
 import math
-from common.consts import G
-from bodies import Body
+from common.consts import G, AU, SECONDS_PER_DAY
+from bodies import Body, Sun, Asteroids, Moon, Earth
+import numpy as np
 
 
 def calc_solar_acceleration(body_or_pos, big_body):
+    """
+    计算天体的加速度
+    @param body_or_pos: 需要计算的天体
+    @param big_body: 大天体（太阳 或者 地球）
+    @return:
+    """
     if isinstance(body_or_pos, Body):
         body_pos = body_or_pos.position
     else:
@@ -97,6 +104,108 @@ def get_celestial_body_data(body_name):
     return position, velocity
 
 
+def set_solar_system_celestial_position(bodies, dt, recalc_moon_pos):
+    """
+    根据日期时间 dt 设置太阳系中天体的真实位置
+    @param bodies: 太阳系中天体
+    @param dt: 时间
+    @param recalc_moon_pos: 是否对月球的位置进行重新计算。
+     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
+    @return:
+    """
+    earth_pos = None
+    sun_pos = None
+    earth = None
+    sun = None
+    moon = None
+
+    for body in bodies:
+        if isinstance(body, Sun):
+            sun = body
+        elif isinstance(body, Earth):
+            earth = body
+        elif isinstance(body, Moon):
+            moon = body
+
+    for body in 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, dt)
+
+        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 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, earth)
+            acc_sun = calc_solar_acceleration(moon_real_pos, sun)
+            body.acceleration = [acc_earth[0] + acc_sun[0],
+                                 acc_earth[1] + acc_sun[1],
+                                 acc_earth[2] + acc_sun[2]]
+        # elif isinstance(body, Earth):
+        #     # 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(earth, moon)
+        #     acc_sun = calc_solar_acceleration(earth, 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, sun)
+
+        if isinstance(body, Earth):
+            # 记录地球的位置
+            earth_pos = posvel[0]
+
+
+def set_earth_rotation(earth, 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
+    earth.planet.rotation_y = -total_hours * 15 - angle_of_day + 15  # 精确调整
+
+
 # pip install Astropysics
 
 if __name__ == '__main__':

sim_scenes/solar_system/earth_moon_reality.py

@@ -11,7 +11,8 @@ 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.celestial_data_service import get_body_posvel, recalc_moon_position, calc_solar_acceleration, \
+    set_solar_system_celestial_position, set_earth_rotation
 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
@@ -53,8 +54,12 @@ class SolarSystemRealitySim:
             self.moon_size_scale = 5e1
             self.sun_size_scale = 1e1
 
+        self.earth_size_scale = 1
+        self.moon_size_scale = 1
+        self.sun_size_scale = 1
+
         self.sun = Sun(name="太阳", size_scale=self.sun_size_scale)  # 太阳
-        self.earth = Earth(name="地球", texture="earth_hd.jpg",
+        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",
@@ -80,26 +85,6 @@ class SolarSystemRealitySim:
         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
@@ -125,58 +110,7 @@ class SolarSystemRealitySim:
         @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]
+        set_solar_system_celestial_position(self.bodies, t, self.recalc_moon_pos)
 
     def on_ready(self):
         """
@@ -190,6 +124,8 @@ class SolarSystemRealitySim:
         #     camera.fov = 30  # 调试时，拉近摄像机距离
         # camera.fov = 1
         camera.parent = self.earth_camera.planet
+        # camera.update = self.camera_update
+
         # 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")
@@ -202,23 +138,36 @@ class SolarSystemRealitySim:
 
         # 设置后，可以调整鼠标键盘的控制速度
         application.time_scale = 2
+    #
+    # def camera_update(self):
+    #     camera.x = -50  # 100
+    #     # camera.z = -10
+    #     camera.y = 20
+    #     camera.z = -10
+    #     # 摄像机看向地球
+    #     camera_look_at(self.earth)
 
-    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 > 90:
-            self.earth_camera.camera_init_val += 600000
-        elif time_data.total_days > 60:
-            self.earth_camera.camera_init_val += 100000
 
-        camera.x = -300  # 100
+    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 > 90:
+        #     self.earth_camera.camera_init_val += 600000
+        # elif time_data.total_days > 60:
+        #     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
+        # camera.y += self.earth_camera.camera_init_val * UrsinaConfig.SCALE_FACTOR
+
+        camera.x = -60  # 100
+        # camera.z = -10
+        camera.y = 50
 
-        UrsinaConfig.trail_factor = 3 * math.sqrt(camera.y / 250)
+        # UrsinaConfig.trail_factor = 3 * math.sqrt(camera.y / 250)
+        pass
 
     def on_timer_changed(self, time_data: TimeData):
         """
@@ -230,7 +179,7 @@ class SolarSystemRealitySim:
         # 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)
+        set_earth_rotation(self.earth, dt)
         # 调整摄像机的位置
         self.set_camera_pos(time_data)
         # 摄像机看向地球
@@ -282,7 +231,7 @@ class SolarSystemRealitySim:
         # 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, 0),
                    # position=(0, 0.2 * AU, -3 * AU),
                    gravity_works=False,  # 关闭万有引力的计算
                    show_grid=False,

sim_scenes/solar_system/solar_system_reality.py

@@ -10,7 +10,8 @@
 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.celestial_data_service import get_body_posvel, recalc_moon_position, calc_solar_acceleration, \
+    set_solar_system_celestial_position, set_earth_rotation
 from common.consts import SECONDS_PER_WEEK, SECONDS_PER_DAY, AU
 from sim_scenes.func import ursina_run
 from simulators.ursina.entities.body_timer import TimeData
@@ -90,26 +91,6 @@ class SolarSystemRealitySim:
         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
@@ -134,58 +115,7 @@ class SolarSystemRealitySim:
         @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]
+        set_solar_system_celestial_position(self.bodies, t, self.recalc_moon_pos)
 
     def on_ready(self):
         """
@@ -219,7 +149,7 @@ class SolarSystemRealitySim:
         # 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)
+        set_earth_rotation(self.earth, dt)
         # 显示时钟
         self.show_clock(dt)