Celestia/旋轉模型

簡介

此頁面上的所有資訊僅與 Celestia 1.5.0 及更高版本相關.

在 v1.5.0 之前，使用單獨的旋轉語句。有關這些宣告的描述，請參見有關 SSC 檔案的章節。

UniformRotation

用法

UniformRotation
{
   Period <hours>
   Inclination <degrees>
   AscendingNode <degrees>
   MeridianAngle <degrees>
   Epoch <date>
}

週期是物體的恆星自轉週期；也就是說，相對於某個固定背景的自轉。因此，地球的自轉週期將是 23.93 而不是 24 小時。如果未指定週期，則該物體將被潮汐鎖定（即始終對母體顯示相同的面）。

FixedRotation

用法

FixedRotation
{
   Inclination <degrees>
   AscendingNode <degrees>
   MeridianAngle <degrees>
}

具有 FixedRotation 的物體將在其參考系內保持恆定的方向。固定旋轉具有與 UniformRotation 相同的屬性，只是不需要自轉週期。

PrecessingRotation

用法

PrecessingRotation
{
   Period <hours>
   PrecessionPeriod <years>
   Inclination <degrees>
   AscendingNode <degrees>
   MeridianAngle <degrees>
   Epoch <date>
}

SampledOrientation

用法

SampledOrientation <filename>

其中檔名是 Celestia 方向檔案的名稱，按照慣例，該副檔名為 .q（代表四元數）。方向檔案是一個文字檔案，包含一個時間標記的四元數列表。時間是巴里中心動力學時間 (TDB) 中指定的儒略日。檔案中的每條記錄都具有以下形式

<double: Julian Date> <float: w> <float: x> <float: y> <float: z>

其中 w 是實部，x、y 和 z 是四元數的虛部。關於軸 V 的角度為 θ 的旋轉由以下四元數給出： $(\cos {\frac {\theta }{2}},\mathbf {V} \sin {\frac {\theta }{2}})$

ScriptedRotation

ScriptedRotation 用於建立旋轉模型，其中方向由 Lua 指令碼檔案中的函式給出。

用法

ScriptedRotation
{
    Module <string>
    Function <string>

    ...additional properties...
}

模組給出了將透過 Lua 的 require 方法載入的包的名稱。它在標準路徑列表中搜索具有指定名稱的指令碼檔案。函式是生成一個包含旋轉模型屬性的表的工廠函式的名稱，包括一個返回特定時間方向的函式。除了模組和函式之外的所有 ScriptRotation 屬性都將傳遞給 Lua 函式以建立旋轉物件。函式名是唯一需要的引數。

要建立自己的 ScriptedRotation，您需要熟悉 Celestia 的 celx 指令碼中使用的 Lua 指令碼語言。ScriptedRotation 定義中指定的 Lua 函式是一個工廠函式，它在解析 ScriptedRotation 後立即被呼叫。工廠函式接受一個包含來自 ScriptedRotation 定義的所有屬性的單個表格引數。該函式必須返回一個 Lua 旋轉模型物件，它只是一個包含幾個標準欄位的表格。他們是

週期 - 一個以天為單位給出旋轉週期的數字。如果不存在，則假定旋轉是非週期性的。
beginDate、endDate - 可選值，用於指定旋轉模型有效的時段。如果未給出，則假定旋轉模型可在任何時間使用。end < begin 的旋轉模型是不允許的。
orientation(time) - 位置函式以時間值（TDB 儒略日）作為輸入，並返回四個值，這些值是四元數 (w, x, y, z)。此四元數與軸角旋轉 (A, θ) 相關聯，方法是

$w=\cos {\frac {\theta }{2}}$ , $x=A_{x}\sin {\frac {\theta }{2}}$ , $y=A_{y}\sin {\frac {\theta }{2}}$ , $z=A_{z}\sin {\frac {\theta }{2}}$

以下是如何在 .ssc 檔案中使用 ScriptedRotation 的示例

"Scripted" "Sol/Earth"
{
    ScriptedRotation
    {
        Module "rotations"
        Function "wobble"
        Period 1
        Amplitude 180
    }
}

上面的 ssc 片段告訴 Celestia 載入名為 rotations.lua 的檔案並呼叫名為 wobble 的函式以建立一個新的旋轉模型物件。其餘屬性都將作為表格的欄位傳遞給 wobble 函式。接下來是 rotations.lua 的內容

-- prototype for the wobble scripted rotation has default values for
-- any parameters that are omitted in the ssc file.
wobbleproto =
{
   Amplitude = 0,
   Period    = 1,
}

-- constructor method
function wobbleproto:new(o)
   o = o or {}  -- create table if one not provided
   setmetatable(o, self)
   self.__index = self

   -- set the period to whatever value was specified in the ssc file;
   -- slightly confusing because Celestia is case sensitive--period must
   -- be lowercase, but the field from the ssc file is capitalized.
   o.period = o.Period

   return o
end

-- The orientation function. This implementation produces a back and forth
-- wobble of Amplitude degrees about the z axis.
function wobbleproto:orientation(tjd)
   local t = tjd - 2451545.0
   local theta = self.Amplitude * math.sin((t / self.Period + 0) * math.pi * 2);

   -- convert from degrees to radians
   theta = theta * math.pi / 180

   -- compute a quaternion representing the orientation
   return math.cos(theta / 2), 0, 0, math.sin(theta / 2)
end

function wobble(sscvals)
   -- create a new wobble rotation object
   return wobbleproto:new(sscvals)
end

ScriptedRotations 有一些限制。唯一允許的引數是簡單型別：字串、數字和布林值。諸如陣列和屬性列表之類的複雜型別將不會傳遞給 Lua 工廠函式。此限制可能會在 Celestia 的未來版本中消失。此外，Celestia 預計方向函式始終會針對相同的時間值返回相同的方向。

SpiceRotation

1.6.0

用法

SpiceRotation
{
    Kernel <string|string array>   # optional
    Frame <string>
    BaseFrame <string>             # optional (defaults to ecliptic)
    Period <number>                # optional (units are hours)
    Beginning <number>             # optional
    Ending <number>                # optional
}

SpiceRotation 用於將來自 NASA SPICE 系統的方位資訊匯入 Celestia。Celestia 物件的方位將鎖定到 SPICE 座標系。

並非所有版本的 Celestia 都支援 SPICE。SpiceRotation 在 1.6.0 之前的 Celestia 版本中不受支援。

Kernel 屬性可用於指定要載入的一個或多個 SPICE 核心 (SPK) 檔案的名稱。如果所有必需的核心檔案都在先前載入的物件的定義中列出，則可以省略它。Celestia 期望核心檔案位於附加元件的資料目錄中。

Frame 和 BaseFrame 是字串，它們提供座標系的 SPICE 名稱。SpiceRotation 的方位是座標系相對於基座標系的方位。如果未指定基座標系，則預設為 eclipj2000。基座標系應與 Celestia 物件的 BodyFrame 的 SPICE 等效項一致。

Beginning 和 Ending 指定 SPICE 旋轉的有效時間範圍。如果省略 Beginning 和 Ending，則假設旋轉模型在任何時間都有效。指定 Beginning 而沒有 Ending 或反之則為錯誤。

Period 指定主旋轉週期；預設為 0，表示旋轉是非週期的。提供旋轉週期並不重要；它僅由 Celestia 用於顯示諸如恆星日長度之類的物件資訊。

示例

# Use the frame IAU_EARTH as defined by the constants in the SPICE text kernel pck00008.tpc
SpiceRotation
{
    Kernel              "pck00008.tpc"
    Frame               "IAU_EARTH"
    BaseFrame           "eclipj2000"
    Period              23.9344694
}