基于WWT等软件制作500米口径球面射电望远镜的视频

杨朝宇 张立云

摘要：500米口径球面射电望远镜为世界带来了更大的视野来观测宇宙，而普通人对于中国天眼FAST的了解还是非常有限的，为了更好地向大众普及FAST望远镜这一个天文重器，我们团队运用Worldwide telescope和Maxon CINEMA 4D等软件制作一个全方位的视频，主要介绍FAST望远镜建设历程、科学意义、最新科学成果等，同时还简单介绍了国内外射电望远镜的研究背景和未来的发展趋势，该作品获得了全国大学生天文科普创新竞赛一等奖，对基于FAST开展天文科普具有非常重要的意义。

关键词：FAST；科普视频；Worldwide telescope；Maxon CINEMA 4D

1.FAST简介

500米口径球面射电望远镜（Five-hundred-meter Aperture Spherical radio Telescope，简称FAST），是1994年提出构想，于2016年9月25日在贵州省平塘县落成的现今全球单口径最大的射电望远镜。目前已经发现了100颗左右的脉冲星，其中包括一颗毫秒脉冲星。但FAST的用途绝不仅如此，它也将肩负起寻找外星文明，揭示宇宙的形成，检测微弱的空间信号等使命，从2016年9月FAST开始调试运行以来，迅速成为了世界的焦点，对于科学研究者来说，大口径意味着有大视野，高精度，能够探测到以往不能探测到的区域。对于普通大众来说，FAST未来能够探测到宇宙边缘，这是一个令人激动的时刻。但对于普通大众来说，能够了解到的关于FAST的也只是“全世界最大”“射电”“工程量浩大”等表面词上，同时对于FAST的直观感受大部分也只是停留在网络图片这一层面上，并没有非常全面的了解FAST建设过程、全部结构及其工作原理。鉴于此，我们团队将通过3D模型结合WWT软件等的科普形式，进行FAST面向大众的全方面科普，其目的是介绍FAST，让大众认识到不一样的FAST，但通过这个科普视频我们希望人们获得的并不只有对FAST认识，还有对射电望远镜这一天文重器的更深层次的了解。

2.FAST科普视频制作工具

HELLO FAST的项目主要运用Maxon C INEMA 4D建模建立FAST的3D模型并将其插入到WWT中，在WWT中创作漫游作品。主要工具：（1） 、Maxon CINEMA 4D（C4D）；2、Worldwide telescope（WWT）；3、Adobe After Effects（AE）；（4） 3D打印机。

Maxon CINEMA 4D（简称C4D）是一款强大的3D制图软件，其包含建模、动画、渲染[网络渲染]、角色、粒子以及插画等模块，是一套整合3D模型、动画的高级三维绘图软件，可以说 Maxon CINEMA 4D 提供了一个完整的 3D 创作平台，用其来进行3D建模使得FAST的一些细节得以展现，而其超高的渲染能力能使模型显得更真实。

但网络上关于FAST的各项数据比如其各个部件的比例，锅面的弧度等是没有的，所以这对3D建模带来了一定的困难，鉴于此情况，我们只能从图片上推测其比例和其它需要知道的数据，这直接导致了模型肯定与真实的FAST有一定的出入，但我们考虑到这是一个WWT漫游作品，建立的模型已足以展现出FAST的各个部分，近似的数据并不影响我们对FAST的科普，所以就没有对模型要求太严苛。

WWT是微软公司开发的用于天文爱好者或者天文科普工作者进行探索可科普的工具，它结合了哈勃太空望远镜、钱德拉X射线天文台，斯隆数字巡天（Sloan Digital Sky Survey，缩写为SDSS）计划拍摄的天文照片，最近还增加了郭守敬天文望远镜的数据，具有极佳的视觉体验和易于使用的导航功能，对于喜欢探索星空的天文爱好者，WWT提供了3维太阳系进行探索，这让软件的使用者能够在各个行星之间进行遨游，同时，其建立的3维宇宙和3维银河系也是让人惊叹的功能，其中能够自己创建漫游作品的功能让天文科普工作变得简单明了。

3. 项目历程

项目制作过程中团组成员分别进行项目的3D建模、视频特效与剪辑、配音与讲解。3D建模是这个科普视频重要的一个步骤，它直接决定了视频的视觉效果与直观程度，在3D建模中，不仅要将FAST的重要部位详细地刻画出来，而且还得根据大窝凼的地形创建出高矮不同的支撑架，同时还得建立一部分FAST周边的地形，这对于项目成员的3D建模水平有一定的要求。故而在设计建模之前，我们团队花费两周左右的时间来收集FAST相关的资料，并得到有关FAST一些建模所需要的参数，比如其钢索的数量、接收机前端的设计图、线缆的走向和接收機的位置等等，这都是为了更精确地建造其模型而进行的常规数据收集。

视频制作是这个科普视频项目的又一重要的环节，视频首先要在WWT中进行制作，即运用WWT制作出从可观测宇宙到银河系再到太阳系再到地球的壮阔画面，这一段视频的制作意在以精美宏大的创面激起观众的兴趣，并对后面介绍FAST即射电望远镜有一个心理缓冲。在从地球进入到贵州省坪塘县大窝凼时，我们采用了从WWT画面转到C4D渲染动画，以后在介绍FAST及射电望远镜时都是通过C4D渲染出的动画来进行制作。在C4D中进行动画渲染有以下优点：1、动画的制作更为精密和简单；2、易于对模型进行调整；3、在C4D中渲染出的动画有更好的可观赏性。但如果在C4D中进行渲染则需要很好的电脑设备及充裕的时间，渲染的质量越高所需要的渲染时间也就越长。

文案主要参考500米口径球面射电望远镜工程网站、南仁东先生的《500m口径射电望远镜》、射电望远镜的书籍以及射电天文暑期班的相关资料。在视频中首先是从宇宙的大尺度范围到银河系，视角到达银河系时开始介绍银河系的旋臂结构，视野到达太阳系，然后从远到近介绍了太阳系的八大行星，最后再将视野定格在地球、定格在贵州省平塘县FAST的台址。

FAST的介绍首先是介绍了FAST的各个部件，这些部件同时也是大部分的射电望远镜所固有的；其次是射电望远镜的工作频段，用图像结合讲解的方式来让观看者直观感受到射电望远镜所接收的波是什么波；在介绍射电望远镜的工作原理时，则通过AE来进行波的特效的制作，观看者可以清楚地看到波的传播走向并知道波在射电望远镜的接收机中是怎样提取的，同时介绍FAST的科学目标以及最新的成果，最后我们还介绍了的射电望远镜干涉阵，特别是目前国际上正在建造的平方公里射电望远镜阵列SKA项目。

4.总结

天文类的竞赛刚从国内发展起来，借助FAST在全国的影响力，有效地带动了一批天文爱好者，但同样的大学生天文创新作品还需要国内各高校老师和同学的积极参与才能将其影响力扩大，让更多更好的天文作品深入人心，推动中国天文科普事业的发展，提高公众的科学文化素质。

参考文献

[1]南仁东， 500m球反射面射电望远镜FAST[J]，中国科学：物理学 力学 天文学，2005，35（5）：449-466.

[2]K. Rohlfs T.L.Wilson， 射电天文工具[M]， 北京师范大学出版社，2008.

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