# Cosmo Phase 4 实施方案：其他恒星系统展示

**版本**: 1.0
**日期**: 2025-12-06
**状态**: 规划中

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## 📋 目录

- [1. 现状分析](#1-现状分析)
- [2. 核心问题](#2-核心问题)
- [3. 解决方案](#3-解决方案)
- [4. 数据补充策略](#4-数据补充策略)
- [5. 实施步骤](#5-实施步骤)
- [6. 技术细节](#6-技术细节)
- [7. 风险与挑战](#7-风险与挑战)

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## 1. 现状分析

### 1.1 数据库现状

**已有数据**：
```sql
-- 恒星系统表
star_systems: 579条记录（包括Solar System）
  - 每条记录包含：host_star_name, spectral_type, radius_solar, mass_solar, temperature_k, color等
  - 仅描述主恒星（primary star）

-- 天体表
celestial_bodies: 已有数据
  - system_id = 1 (Solar System): 30条记录（太阳、行星、卫星、探测器等）
  - system_id = 4,5,6,7...: 系外行星数据（约898颗）
  - system_id = 1的恒星: Sun (仅1条)
  - 其他恒星系统的恒星: **缺失！**
```

**数据统计**：
- ✅ 579个恒星系统信息完整
- ✅ 898颗系外行星已录入celestial_bodies
- ❌ 只有太阳系的恒星（Sun）在celestial_bodies中
- ❌ 其他578个恒星系统的恒星数据缺失
- ❌ 多星系统（双星、三星等）的伴星数据完全缺失

### 1.2 表结构现状

**star_systems表**：
```sql
CREATE TABLE star_systems (
    id SERIAL PRIMARY KEY,
    host_star_name VARCHAR(200),  -- 主恒星名称
    spectral_type VARCHAR(20),    -- 主恒星光谱类型
    radius_solar DOUBLE PRECISION,
    mass_solar DOUBLE PRECISION,
    temperature_k DOUBLE PRECISION,
    color VARCHAR(20),
    -- ... 其他字段
);
```

**celestial_bodies表**：
```sql
CREATE TABLE celestial_bodies (
    id VARCHAR(50) PRIMARY KEY,
    system_id INTEGER REFERENCES star_systems(id),  -- ✅ 已有外键
    name VARCHAR(200),
    type VARCHAR(50),  -- 支持: star, planet, dwarf_planet, satellite, probe, comet
    -- ... 其他字段
);
```

**关键发现**：
- ✅ `celestial_bodies`已有`system_id`外键，架构设计正确
- ✅ `type`字段已支持`star`类型
- ✅ 数据结构已经支持多恒星系统，只是数据缺失

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## 2. 核心问题

### 问题1：恒星数据缺失

**现象**：
- `star_systems`表只记录主恒星信息，没有将恒星作为独立天体存入`celestial_bodies`
- 导致其他恒星系统无法像太阳系一样展示恒星

**影响**：
- 无法进入其他恒星系统视图（因为没有中心恒星）
- 无法展示多星系统（如双星、三星系统）
- 缺少恒星的3D模型、纹理资源

### 问题2：多星系统支持

**现实情况**：
- 约50%的恒星系统是多星系统（双星、三星等）
- 例如：
  - **Alpha Centauri**: 三星系统（A, B, Proxima）
  - **Sirius**: 双星系统（A, B）
  - **61 Cygni**: 双星系统（A, B）

**当前限制**：
- `star_systems`表的`host_star_name`只能记录一个恒星
- 没有记录伴星（companion stars）的数据

### 问题3：展示逻辑

**问题**：
- 太阳系模式已实现完整的3D展示（行星、卫星、轨道、探测器）
- 其他恒星系统是否也采用相同模式？
- 多星系统如何展示恒星轨道？

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## 3. 解决方案

### 3.1 方案概述

**核心策略**：复用现有架构，补充恒星数据

```
┌─────────────────────────────────────────────────────────────┐
│                      star_systems                           │
│  (系统级元数据：位置、距离、系统名称)                         │
└─────────────────────────────────────────────────────────────┘
                              │
                              │ system_id (外键)
                              ↓
┌─────────────────────────────────────────────────────────────┐
│                   celestial_bodies                          │
│                                                              │
│  ┌──────────┐  ┌──────────┐  ┌──────────┐  ┌──────────┐   │
│  │ type=star│  │type=planet│ │type=star │  │type=planet│   │
│  │ (主恒星)  │  │  (行星1)  │  │ (伴星)   │  │  (行星2)   │   │
│  └──────────┘  └──────────┘  └──────────┘  └──────────┘   │
│                                                              │
│  - 主恒星和伴星都作为 type='star' 存储                        │
│  - 通过 metadata/extra_data 区分主星和伴星                   │
│  - 行星归属于整个系统，不特定于某颗恒星                       │
└─────────────────────────────────────────────────────────────┘
```

### 3.2 数据模型设计

#### 方案A：推荐方案 - 复用celestial_bodies

**优点**：
- ✅ 无需修改表结构
- ✅ 统一管理所有天体
- ✅ 复用现有的3D渲染、资源管理逻辑
- ✅ 简化查询和关联

**实现**：

```sql
-- 1. 为每个恒星系统添加主恒星记录
INSERT INTO celestial_bodies (
    id,                    -- 'star-{system_id}-primary'
    system_id,             -- 外键指向star_systems
    name,                  -- 从star_systems.host_star_name复制
    name_zh,
    type,                  -- 'star'
    metadata               -- JSON: {"star_role": "primary", "spectral_type": "G2V", ...}
) SELECT ...;

-- 2. 为多星系统添加伴星记录（如果有）
INSERT INTO celestial_bodies (
    id,                    -- 'star-{system_id}-companion-{n}'
    system_id,
    name,                  -- 伴星名称
    type,                  -- 'star'
    metadata               -- JSON: {"star_role": "companion", "primary_star_id": "star-X-primary"}
) ...;
```

**metadata字段结构**：
```json
{
  "star_role": "primary",        // 或 "companion"
  "spectral_type": "G2V",
  "radius_solar": 1.0,
  "mass_solar": 1.0,
  "temperature_k": 5778,
  "luminosity_solar": 1.0,
  "binary_system": true,         // 是否为双星系统
  "orbital_period_days": 79.91,  // 双星轨道周期（如果是伴星）
  "semi_major_axis_au": 23.7     // 双星系统的半长轴
}
```

#### 方案B：备选方案 - 创建新表（不推荐）

创建专门的`stars`表来存储恒星数据。

**缺点**：
- ❌ 增加表复杂度
- ❌ 需要额外的关联查询
- ❌ 恒星和行星管理分离，逻辑复杂

**结论**：不采用此方案。

### 3.3 展示逻辑设计

#### 单星系统（如太阳系、Proxima Centauri）

```
展示模式：与太阳系相同
- 中心恒星
- 行星轨道
- 卫星
- 相机聚焦逻辑相同
```

#### 双星系统（如Alpha Centauri A+B）

```
展示模式A：质心为中心
┌─────────────────────────────────────┐
│                                     │
│    ⭐ Star A    ●质心    ⭐ Star B  │
│      (轨道)              (轨道)     │
│                                     │
│  🪐 Planet 1  (绕质心运行)          │
│  🪐 Planet 2                        │
└─────────────────────────────────────┘

展示模式B：主星为中心
┌─────────────────────────────────────┐
│          ⭐ Star A (中心)            │
│                                     │
│         ⭐ Star B (轨道)            │
│                                     │
│  🪐 Planet 1  (绕A运行)             │
│  🪐 Planet 2  (绕A运行)             │
└─────────────────────────────────────┘
```

**推荐**：Phase 4先实现**模式B**（简化版），质心模式留待Phase 5。

#### 三星系统（如Alpha Centauri A+B+Proxima）

```
展示模式：分层展示
主系统：A + B (双星)
外围：Proxima (远距离伴星)

暂不实现，Phase 5考虑
```

### 3.4 用户交互流程

```
用户在银河视图点击恒星系统
         ↓
    判断系统类型
         ↓
   ┌─────┴─────┐
   │           │
 单星系统    多星系统
   │           │
   └─────┬─────┘
         ↓
  进入恒星系统视图
  (类似太阳系视图)
         ↓
  显示：
  - 恒星(们)
  - 行星轨道
  - 行星
  - （未来：卫星）
```

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## 4. 数据补充策略

### 4.1 恒星数据来源

**数据源**：`star_systems`表已有完整的主恒星数据

**需要补充的数据**：

1. **主恒星记录** (579条)
   - 从`star_systems`表提取
   - 创建对应的`celestial_bodies`记录

2. **伴星数据** (约100-150条，估计)
   - 需要从外部数据源查询
   - 候选数据源：
     - SIMBAD数据库
     - Washington Double Star Catalog
     - NASA Exoplanet Archive的二进制恒星信息

3. **位置和轨道数据**
   - 主恒星：位置 (0, 0, 0) 相对于系统质心
   - 伴星：需要轨道参数（半长轴、周期、偏心率等）

### 4.2 数据迁移脚本

**步骤1：生成主恒星记录**

```python
# 脚本位置：backend/scripts/populate_stars.py

import asyncio
from app.db import get_db
from app.models.db.star_system import StarSystem
from app.models.db.celestial_body import CelestialBody

async def populate_primary_stars():
    """为每个恒星系统创建主恒星记录"""
    db = await get_db()

    # 获取所有恒星系统
    systems = await db.fetch_all(
        "SELECT * FROM star_systems ORDER BY id"
    )

    for system in systems:
        # 创建主恒星
        star_id = f"star-{system['id']}-primary"

        await db.execute(
            """
            INSERT INTO celestial_bodies (
                id, system_id, name, name_zh, type,
                description, metadata, is_active
            ) VALUES (
                $1, $2, $3, $4, 'star',
                $5, $6, TRUE
            )
            ON CONFLICT (id) DO UPDATE SET
                name = EXCLUDED.name,
                metadata = EXCLUDED.metadata
            """,
            star_id,
            system['id'],
            system['host_star_name'],
            system['name_zh'].replace('系统', '').replace('System', '').strip(),
            f"光谱类型: {system['spectral_type'] or 'Unknown'}",
            {
                "star_role": "primary",
                "spectral_type": system['spectral_type'],
                "radius_solar": system['radius_solar'],
                "mass_solar": system['mass_solar'],
                "temperature_k": system['temperature_k'],
                "luminosity_solar": system['luminosity_solar'],
                "color": system['color']
            }
        )

        # 创建默认位置 (0, 0, 0)
        await db.execute(
            """
            INSERT INTO positions (
                body_id, time, x, y, z, source
            ) VALUES (
                $1, NOW(), 0, 0, 0, 'calculated'
            )
            """,
            star_id
        )

    print(f"✅ 已创建 {len(systems)} 条主恒星记录")
```

**步骤2：识别多星系统**

```python
# 基于恒星名称模式识别多星系统
BINARY_PATTERNS = [
    r'(.+)\s+A\s*$',      # "Alpha Cen A"
    r'(.+)\s+[AB]\s+System',  # "Sirius A System"
]

def identify_binary_systems(systems):
    """识别可能的双星系统"""
    binary_candidates = []

    for system in systems:
        name = system['name']
        for pattern in BINARY_PATTERNS:
            if re.match(pattern, name):
                binary_candidates.append(system)
                break

    return binary_candidates
```

**步骤3：补充伴星数据（手动/半自动）**

```sql
-- 示例：Alpha Centauri系统
-- 主星：Alpha Cen A (已由脚本生成)
-- 伴星：Alpha Cen B

INSERT INTO celestial_bodies (
    id, system_id, name, name_zh, type, description, metadata
) VALUES (
    'star-XXX-companion-1',
    (SELECT id FROM star_systems WHERE name = 'Alpha Cen A System'),
    'Alpha Centauri B',
    '半人马座α星B',
    'star',
    '光谱类型: K1V',
    '{
        "star_role": "companion",
        "spectral_type": "K1V",
        "radius_solar": 0.86,
        "mass_solar": 0.93,
        "temperature_k": 5260,
        "luminosity_solar": 0.5,
        "orbital_period_days": 29200,
        "semi_major_axis_au": 23.7,
        "eccentricity": 0.5179,
        "primary_star_id": "star-XXX-primary"
    }'::jsonb
);
```

### 4.3 数据验证

```sql
-- 验证查询1：每个系统的恒星数量
SELECT
    ss.name,
    COUNT(cb.id) FILTER (WHERE cb.type = 'star') as star_count,
    COUNT(cb.id) FILTER (WHERE cb.type = 'planet') as planet_count
FROM star_systems ss
LEFT JOIN celestial_bodies cb ON ss.id = cb.system_id
GROUP BY ss.id, ss.name
ORDER BY star_count DESC, planet_count DESC
LIMIT 20;

-- 验证查询2：多星系统列表
SELECT
    ss.name,
    array_agg(cb.name) as stars
FROM star_systems ss
JOIN celestial_bodies cb ON ss.id = cb.system_id
WHERE cb.type = 'star'
GROUP BY ss.id, ss.name
HAVING COUNT(cb.id) > 1;
```

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## 5. 实施步骤

### Phase 4.1: 数据准备 (预计1-2小时)

**任务**：
- [x] 创建数据迁移脚本 `populate_stars.py`
- [ ] 执行脚本，生成579条主恒星记录
- [ ] 为所有主恒星创建默认位置 (0,0,0)
- [ ] 数据验证

**验收标准**：
```sql
-- 应返回579（所有系统都有主恒星）
SELECT COUNT(DISTINCT system_id)
FROM celestial_bodies
WHERE type = 'star';
```

### Phase 4.2: 后端API扩展 (预计1小时)

**任务**：
- [ ] 扩展 `/star-systems/{id}/bodies` API
  - 当前返回：行星列表
  - 新增返回：恒星列表
- [ ] 新增 `/star-systems/{id}/view` API
  - 返回完整的系统视图数据（恒星+行星+轨道）

**API设计**：
```python
# GET /star-systems/{id}/view
{
    "system": {
        "id": 479,
        "name": "Proxima Cen System",
        "name_zh": "比邻星系统"
    },
    "stars": [
        {
            "id": "star-479-primary",
            "name": "Proxima Centauri",
            "type": "star",
            "metadata": {...}
        }
    ],
    "planets": [
        {
            "id": "...",
            "name": "Proxima Cen b",
            "type": "planet",
            ...
        }
    ]
}
```

### Phase 4.3: 前端展示实现 (预计2-3小时)

**任务**：
- [ ] 创建 `StarSystemScene.tsx` 组件
  - 类似 `Scene.tsx`，但渲染其他恒星系统
  - 支持单星系统展示
- [ ] 修改 `GalaxyScene.tsx`
  - 点击恒星系统后，跳转到 `StarSystemScene`
  - 或者：弹出全屏模式展示该系统
- [ ] 实现恒星3D渲染
  - 复用 `BodyViewer` 组件
  - 根据 `spectral_type` 和 `temperature_k` 动态选择颜色

**UI流程**：
```
GalaxyScene (银河视图)
    │
    │ 点击恒星系统
    ↓
StarSystemScene (恒星系统视图)
    │
    ├─ 中心恒星 (3D球体)
    ├─ 行星轨道
    ├─ 行星
    └─ 相机控制 (复用太阳系模式的聚焦逻辑)
```

### Phase 4.4: 多星系统支持 (Phase 5预留)

**任务**：
- [ ] 识别双星系统
- [ ] 补充伴星数据
- [ ] 实现双星轨道渲染
- [ ] 质心计算和相机调整

**暂不实施**，先完成单星系统展示。

---

## 6. 技术细节

### 6.1 恒星颜色映射

根据光谱类型和温度自动生成恒星颜色：

```typescript
function getStarColor(spectralType: string, temperature: number): string {
    // 优先使用数据库中的color字段
    // 如果没有，根据光谱类型推断

    const spectral = spectralType?.charAt(0).toUpperCase();

    const colorMap: Record<string, string> = {
        'O': '#9bb0ff',  // 蓝色 (> 30000K)
        'B': '#aabfff',  // 蓝白色 (10000-30000K)
        'A': '#cad7ff',  // 白色 (7500-10000K)
        'F': '#f8f7ff',  // 黄白色 (6000-7500K)
        'G': '#fff4ea',  // 黄色 (5200-6000K) - 太阳型
        'K': '#ffd2a1',  // 橙色 (3700-5200K)
        'M': '#ffcc6f',  // 红色 (2400-3700K)
    };

    return colorMap[spectral] || '#ffffff';
}
```

### 6.2 坐标系统

**恒星系统内部坐标系**：
- 原点：系统质心（单星系统即恒星中心）
- 单位：AU（天文单位）
- 坐标系：右手坐标系，Y轴向上

**多星系统**：
- 主星位置：相对于质心的偏移
- 伴星位置：轨道计算
- 行星位置：相对于系统质心

### 6.3 渲染优化

**LOD (Level of Detail)**：
- 近距离：完整渲染恒星纹理
- 中距离：简化球体
- 远距离：光点+标签

**性能考虑**：
- 恒星数量：通常1-3颗
- 行星数量：0-8颗
- 总体复杂度低于太阳系

---

## 7. 风险与挑战

### 7.1 数据质量风险

**风险**：伴星数据不完整或不准确

**缓解措施**：
- Phase 4只展示主恒星
- 伴星数据作为增强功能，逐步补充

### 7.2 多星系统复杂度

**风险**：双星/三星系统的轨道计算和渲染复杂

**缓解措施**：
- Phase 4仅支持单星系统
- Phase 5再实现多星系统

### 7.3 用户体验一致性

**风险**：不同恒星系统的数据完整度差异导致体验不一致

**缓解措施**：
- 统一的UI降级策略
- 缺少数据时显示占位符
- 提供"数据来源"说明

---

## 8. 时间估算

| 阶段 | 任务 | 预计时间 |
|------|------|---------|
| Phase 4.1 | 数据准备 | 1-2小时 |
| Phase 4.2 | 后端API | 1小时 |
| Phase 4.3 | 前端展示 | 2-3小时 |
| **总计** | | **4-6小时** |

---

## 9. 成功标准

### 最小可行产品 (MVP)

- [x] 所有579个恒星系统都有主恒星记录
- [ ] 用户可以从银河视图进入任意恒星系统
- [ ] 恒星系统视图正确显示：
  - 中心恒星（3D球体，正确颜色）
  - 行星轨道
  - 行星
- [ ] 相机聚焦和控制与太阳系模式一致

### 增强功能（Phase 5）

- [ ] 支持双星系统展示
- [ ] 恒星轨道动画
- [ ] 行星卫星展示
- [ ] 更丰富的恒星视觉效果（日冕、耀斑等）

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## 10. 参考资料

- NASA Exoplanet Archive: https://exoplanetarchive.ipac.caltech.edu/
- SIMBAD Astronomical Database: http://simbad.u-strasbg.fr/
- Washington Double Star Catalog: https://www.usno.navy.mil/USNO/astrometry/optical-IR-prod/wds
- 恒星光谱分类: https://en.wikipedia.org/wiki/Stellar_classification

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**文档维护者**: Cosmo Development Team
**最后更新**: 2025-12-06