楊朝宇 張立云

摘要：500米口徑球面射電望遠(yuǎn)鏡為世界帶來了更大的視野來觀測(cè)宇宙，而普通人對(duì)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(yuǎn)鏡這一個(gè)天文重器，我們團(tuán)隊(duì)運(yùn)用Worldwide telescope和Maxon CINEMA 4D等軟件制作一個(gè)全方位的視頻，主要介紹FAST望遠(yuǎn)鏡建設(shè)歷程、科學(xué)意義、最新科學(xué)成果等，同時(shí)還簡單介紹了國內(nèi)外射電望遠(yuǎn)鏡的研究背景和未來的發(fā)展趨勢(shì)，該作品獲得了全國大學(xué)生天文科普創(chuàng)新競(jìng)賽一等獎(jiǎng)，對(duì)基于FAST開展天文科普具有非常重要的意義。

關(guān)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(yuǎn)鏡（Five-hundred-meter Aperture Spherical radio Telescope，簡稱FAST），是1994年提出構(gòu)想，于2016年9月25日在貴州省平塘縣落成的現(xiàn)今全球單口徑最大的射電望遠(yuǎn)鏡。目前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)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(fù)起尋找外星文明，揭示宇宙的形成，檢測(cè)微弱的空間信號(hào)等使命，從2016年9月FAST開始調(diào)試運(yùn)行以來，迅速成為了世界的焦點(diǎn)，對(duì)于科學(xué)研究者來說，大口徑意味著有大視野，高精度，能夠探測(cè)到以往不能探測(cè)到的區(qū)域。對(duì)于普通大眾來說，F(xiàn)AST未來能夠探測(cè)到宇宙邊緣，這是一個(gè)令人激動(dòng)的時(shí)刻。但對(duì)于普通大眾來說，能夠了解到的關(guān)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(shí)對(duì)于FAST的直觀感受大部分也只是停留在網(wǎng)絡(luò)圖片這一層面上，并沒有非常全面的了解FAST建設(shè)過程、全部結(jié)構(gòu)及其工作原理。鑒于此，我們團(tuán)隊(duì)將通過3D模型結(jié)合WWT軟件等的科普形式，進(jìn)行FAST面向大眾的全方面科普，其目的是介紹FAST，讓大眾認(rèn)識(shí)到不一樣的FAST，但通過這個(gè)科普視頻我們希望人們獲得的并不只有對(duì)FAST認(rèn)識(shí)，還有對(duì)射電望遠(yuǎn)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(xiàng)目主要運(yùn)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(chuàng)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(jī)。

Maxon CINEMA 4D（簡稱C4D）是一款強(qiáng)大的3D制圖軟件，其包含建模、動(dòng)畫、渲染[網(wǎng)絡(luò)渲染]、角色、粒子以及插畫等模塊，是一套整合3D模型、動(dòng)畫的高級(jí)三維繪圖軟件，可以說 Maxon CINEMA 4D 提供了一個(gè)完整的 3D 創(chuàng)作平臺(tái)，用其來進(jìn)行3D建模使得FAST的一些細(xì)節(jié)得以展現(xiàn)，而其超高的渲染能力能使模型顯得更真實(shí)。

但網(wǎng)絡(luò)上關(guān)于FAST的各項(xiàng)數(shù)據(jù)比如其各個(gè)部件的比例，鍋面的弧度等是沒有的，所以這對(duì)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(cè)其比例和其它需要知道的數(shù)據(jù)，這直接導(dǎo)致了模型肯定與真實(shí)的FAST有一定的出入，但我們考慮到這是一個(gè)WWT漫游作品，建立的模型已足以展現(xiàn)出FAST的各個(gè)部分，近似的數(shù)據(jù)并不影響我們對(duì)FAST的科普，所以就沒有對(duì)模型要求太嚴(yán)苛。

WWT是微軟公司開發(fā)的用于天文愛好者或者天文科普工作者進(jìn)行探索可科普的工具，它結(jié)合了哈勃太空望遠(yuǎn)鏡、錢德拉X射線天文臺(tái)，斯隆數(shù)字巡天（Sloan Digital Sky Survey，縮寫為SDSS）計(jì)劃拍攝的天文照片，最近還增加了郭守敬天文望遠(yuǎn)鏡的數(shù)據(jù)，具有極佳的視覺體驗(yàn)和易于使用的導(dǎo)航功能，對(duì)于喜歡探索星空的天文愛好者，WWT提供了3維太陽系進(jìn)行探索，這讓軟件的使用者能夠在各個(gè)行星之間進(jìn)行遨游，同時(shí)，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(chuàng)建漫游作品的功能讓天文科普工作變得簡單明了。

3. 項(xiàng)目歷程

項(xiàng)目制作過程中團(tuán)組成員分別進(jìn)行項(xiàng)目的3D建模、視頻特效與剪輯、配音與講解。3D建模是這個(gè)科普視頻重要的一個(gè)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(xì)地刻畫出來，而且還得根據(jù)大窩凼的地形創(chuàng)建出高矮不同的支撐架，同時(shí)還得建立一部分FAST周邊的地形，這對(duì)于項(xiàng)目成員的3D建模水平有一定的要求。故而在設(shè)計(jì)建模之前，我們團(tuán)隊(duì)花費(fèi)兩周左右的時(shí)間來收集FAST相關(guān)的資料，并得到有關(guān)FAST一些建模所需要的參數(shù)，比如其鋼索的數(shù)量、接收機(jī)前端的設(shè)計(jì)圖、線纜的走向和接收機(jī)的位置等等，這都是為了更精確地建造其模型而進(jìn)行的常規(guī)數(shù)據(jù)收集。

視頻制作是這個(gè)科普視頻項(xiàng)目的又一重要的環(huán)節(jié)，視頻首先要在WWT中進(jìn)行制作，即運(yùn)用WWT制作出從可觀測(cè)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(chuàng)面激起觀眾的興趣，并對(duì)后面介紹FAST即射電望遠(yuǎn)鏡有一個(gè)心理緩沖。在從地球進(jìn)入到貴州省坪塘縣大窩凼時(shí)，我們采用了從WWT畫面轉(zhuǎn)到C4D渲染動(dòng)畫，以后在介紹FAST及射電望遠(yuǎn)鏡時(shí)都是通過C4D渲染出的動(dòng)畫來進(jìn)行制作。在C4D中進(jìn)行動(dòng)畫渲染有以下優(yōu)點(diǎn)：1、動(dòng)畫的制作更為精密和簡單；2、易于對(duì)模型進(jìn)行調(diào)整；3、在C4D中渲染出的動(dòng)畫有更好的可觀賞性。但如果在C4D中進(jìn)行渲染則需要很好的電腦設(shè)備及充裕的時(shí)間，渲染的質(zhì)量越高所需要的渲染時(shí)間也就越長。

文案主要參考500米口徑球面射電望遠(yuǎn)鏡工程網(wǎng)站、南仁東先生的《500m口徑射電望遠(yuǎn)鏡》、射電望遠(yuǎn)鏡的書籍以及射電天文暑期班的相關(guān)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(dá)銀河系時(shí)開始介紹銀河系的旋臂結(jié)構(gòu)，視野到達(dá)太陽系，然后從遠(yuǎn)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(tái)址。

FAST的介紹首先是介紹了FAST的各個(gè)部件，這些部件同時(shí)也是大部分的射電望遠(yuǎn)鏡所固有的；其次是射電望遠(yuǎn)鏡的工作頻段，用圖像結(jié)合講解的方式來讓觀看者直觀感受到射電望遠(yuǎn)鏡所接收的波是什么波；在介紹射電望遠(yuǎn)鏡的工作原理時(shí)，則通過AE來進(jìn)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(yuǎn)鏡的接收機(jī)中是怎樣提取的，同時(shí)介紹FAST的科學(xué)目標(biāo)以及最新的成果，最后我們還介紹了的射電望遠(yuǎn)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(yuǎn)鏡陣列SKA項(xiàng)目。

4.總結(jié)

天文類的競(jìng)賽剛從國內(nèi)發(fā)展起來，借助FAST在全國的影響力，有效地帶動(dòng)了一批天文愛好者，但同樣的大學(xué)生天文創(chuàng)新作品還需要國內(nèi)各高校老師和同學(xué)的積極參與才能將其影響力擴(kuò)大，讓更多更好的天文作品深入人心，推動(dòng)中國天文科普事業(yè)的發(fā)展，提高公眾的科學(xué)文化素質(zhì)。

參考文獻(xiàn)

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

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