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这是一个基于我们需要实现的功能、技术选型以及数据策略整理而成的完整产品路线图（Roadmap）。你可以直接将此内容保存为 `roadmap.md` 文件，用于项目管理或开发指引。
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# Product Roadmap: 深空与系外行星可视化系统
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## 1\. 项目愿景 (Product Vision)
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构建一个基于 Web 的 3D 可视化系统，能够精确展示太阳系内主要天体及人造探测器（如旅行者号）的实时位置，并能无缝切换至恒星际视角，探索临近的系外行星系统。系统强调科学数据的准确性（基于 NASA 数据）与视觉表现的真实感。
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## 2\. 技术架构 (Technical Architecture)
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### 后端 (Data Processing)
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* **语言:** Python 3.x
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* **核心库:**
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* `astroquery`: 连接 NASA JPL Horizons (太阳系) 和 NASA Exoplanet Archive (系外行星)。
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* `skyfield` / `astropy`: 处理时间坐标转换、球坐标转直角坐标。
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* `numpy`: 矢量计算。
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* **输出:** JSON 格式的静态数据或 RESTful API。
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### 前端 (Visualization)
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* **引擎:** Three.js (WebGL)
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* **核心技术:**
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* `OrbitControls`: 视角控制。
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* `GLTFLoader`: 加载探测器 3D 模型。
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* `LogarithmicDepthBuffer`: 解决超大空间尺度下的深度闪烁问题。
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* **UI 框架:** Vue / React / Vanilla JS (根据喜好选择，用于覆盖层 UI)。
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## 3\. 开发路线规划 (Development Phases)
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### Phase 1: 太阳系核心架构 (Core Solar System)
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**目标:** 搭建基础 3D 场景，实现太阳、八大行星及关键深空探测器的实时定位。
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- [ ] **数据层搭建 (Python)**
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- [ ] 集成 `astroquery.jplhorizons`。
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- [ ] 实现以太阳为原点 (Heliocentric) 的坐标获取脚本。
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- [ ] 确定单位标准：使用 **天文单位 (AU)** 作为基础单位。
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- [ ] 建立目标 ID 列表：八大行星 + Voyager 1/2 + Parker Solar Probe + New Horizons。
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- [ ] **可视化原型 (Three.js)**
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- [ ] 初始化场景、相机、灯光（点光源 @ 0,0,0）。
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- [ ] 解析 Python 生成的 JSON 数据，放置代表天体的球体。
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- [ ] 实现基础的轨道线绘制（查询过去1年到未来1年的坐标点连线）。
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- [ ] **探测器模型接入**
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- [ ] 下载 NASA 官方 `.glb` 模型 (Voyager, Cassini 等)。
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- [ ] 实现 `GLTFLoader` 加载模型替换简单的方块/球体。
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### Phase 2: 视觉增强与尺度管理 (Visual Fidelity & Scale)
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**目标:** 解决“看不见”的问题，提升渲染真实度。
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- [ ] **动态尺度系统 (Dynamic Scaling)**
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- [ ] 实现根据摄像机距离动态调整物体大小的算法 (Billboard 模式)。
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- [ ] 确保远景能看到图标/放大版星球，近景自动切换为真实比例模型。
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- [ ] **纹理与材质 (Textures)**
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- [ ] 应用行星高清贴图 (Diffuse + Normal + Specular)。
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- [ ] **卫星纹理策略:**
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- [ ] 高清卫星 (月球, 木卫二, 土卫六): 使用真实地图。
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- [ ] 通用卫星 (小卫星): 使用程序化生成的岩石/冰块材质。
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- [ ] **特殊天体:** 实现太阳的发光效果 (Bloom/Glow) 和土卫六的大气层效果。
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- [ ] **交互基础**
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- [ ] 实现点击天体列表或 3D 物体，摄像机平滑飞行聚焦 (FlyTo)。
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### Phase 3: 恒星际扩展 (Interstellar Expansion)
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**目标:** 跳出太阳系，展示临近恒星和系外行星概览。
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- [ ] **系外数据获取 (Python)**
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- [ ] 集成 `NasaExoplanetArchive`。
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- [ ] 筛选距离地球最近的 100-500 个恒星系。
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- [ ] 坐标转换算法：(RA, Dec, Distance) -\> (x, y, z)，统一转换为 **秒差距 (pc)** 或光年单位。
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- [ ] **银河系视图 (Galaxy View)**
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- [ ] 创建新的 Three.js 场景或使用层级切换。
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- [ ] 使用 **粒子系统 (PointsMaterial)** 渲染恒星背景，高性能展示大量恒星。
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- [ ] 实现恒星颜色映射：根据光谱类型 (O, B, A, F, G, K, M) 赋予粒子不同颜色。
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- [ ] 交互：鼠标悬停粒子显示恒星名称及行星数量。
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### Phase 4: 系外行星系统详情 (Exoplanet Systems)
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**目标:** 进入特定的系外恒星系，基于轨道参数模拟未知世界。
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- [ ] **详细轨道数据**
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- [ ] 获取开普勒轨道参数：半长轴、周期、离心率、行星半径、平衡温度。
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- [ ] **轨道模拟与渲染**
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- [ ] 使用 `EllipseCurve` 绘制椭圆轨道。
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- [ ] 基于时间戳计算行星在轨道上的近似位置。
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- [ ] **程序化星球外观 (Procedural Appearance)**
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- [ ] 建立通用纹理库 (Gas Giant, Rocky, Ice, Lava)。
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- [ ] 编写匹配逻辑：根据 `行星半径` 和 `温度` 自动分配材质和颜色。
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- [ ] *Example:* 半径 \> 4 Earths -\> 气态巨行星纹理。
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- [ ] *Example:* 温度 \> 400K -\> 熔岩纹理。
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## 4\. 资源清单 (Resources)
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### 数据源 (Data Sources)
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* **JPL Horizons:** [Web Interface](https://ssd.jpl.nasa.gov/horizons/) (用于 API 参数参考)
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* **NASA Exoplanet Archive:** [https://exoplanetarchive.ipac.caltech.edu/](https://exoplanetarchive.ipac.caltech.edu/)
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* **SIMBAD / NED:** 深空天体补充数据。
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### 美术资产 (Assets)
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* **3D Models:** [NASA 3D Resources](https://nasa3d.arc.nasa.gov/models)
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* **Planetary Textures:**
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* [Solar System Scope](https://www.solarsystemscope.com/textures/) (基础行星)
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* [USGS Astrogeology](https://www.google.com/search?q=https://astrogeology.usgs.gov/) (科学级地图)
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* [Celestia Motherlode](http://www.celestiamotherlode.net/) (虚构/通用纹理)
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* **Map Projection:** 搜索关键词 `Equirectangular Projection`。
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### 关键 ID 参考 (Horizons ID)
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* Sun: `@sun`
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* Voyager 1: `-31`
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* Voyager 2: `-32`
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* New Horizons: `-98`
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* Parker Solar Probe: `-96`
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* Mars: `499`
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* Jupiter: `599`
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## 5\. 待解决难点与风险 (Risks & Challenges)
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1. **坐标系融合:** 太阳系 (AU) 与恒星际 (pc/LightYear) 跨度过大。
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* *Solution:* 采用场景分割 (Scene Switching) 或对数深度缓冲 (Logarithmic Depth Buffer)。
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2. **数据缺失:** 许多系外行星缺失半径或温度数据。
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* *Solution:* 在后端脚本中设置合理的默认值 (Default Fallback)，防止前端崩溃。
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3. **性能优化:** 粒子数量过多或模型面数过高。
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* *Solution:* 使用 InstancedMesh，针对小天体使用低模 (Low-poly) + 法线贴图。
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## 6\. 下一步行动 (Next Steps)
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1. 运行 Python 脚本，生成 `solar_system_data.json` 和 `nearest_stars.json`。
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2. 搭建 Three.js 基础工程，先把太阳和地球画出来。
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3. 下载旅行者号模型，尝试加载到场景中。
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这是一个为您准备好的 `roadmap.md` 附录补充内容。为了保持文档整洁，我将 Phase 3 和 Phase 4 的核心逻辑代码整理为了一个 **"Appendix: Key Technical Implementation"** 章节。
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您可以直接将以下内容复制并粘贴到之前 `roadmap.md` 文件的底部。
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## Appendix: Key Technical Implementation (Phase 3 & 4)
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本附录收录了实现恒星际视图（Phase 3）和系外行星详情页（Phase 4）的核心代码片段，涵盖数据获取与前端渲染逻辑。
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### Phase 3: Interstellar View (恒星际视图)
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#### 1\. Backend: 获取临近恒星并转换坐标 (Python)
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此脚本筛选距离地球最近的恒星，并将天球坐标 (RA/Dec) 转换为笛卡尔坐标 (X/Y/Z)。
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```python
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# get_nearest_stars.py
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from astroquery.ipac.nexsci.nasa_exoplanet_archive import NasaExoplanetArchive
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from astropy.coordinates import SkyCoord
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from astropy import units as u
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import json
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def fetch_nearest_stars(limit=1000):
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# 1. 查询 NASA Exoplanet Archive (PS Table)
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# 筛选条件：距离 < 100 pc (约326光年)
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table = NasaExoplanetArchive.query_criteria(
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table="ps",
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select="hostname, sy_dist, ra, dec, sy_pnum",
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where="sy_dist < 100",
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order="sy_dist"
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)
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unique_stars = {}
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for row in table:
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host_name = str(row['hostname'])
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if host_name in unique_stars: continue
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# 2. 坐标转换 (Spherical -> Cartesian)
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# 核心逻辑：利用 Astropy 将 RA/Dec/Distance 转为 X/Y/Z
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dist = float(row['sy_dist'])
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coord = SkyCoord(ra=float(row['ra'])*u.deg, dec=float(row['dec'])*u.deg, distance=dist*u.pc)
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unique_stars[host_name] = {
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"name": host_name,
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"distance_pc": dist,
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"planet_count": int(row['sy_pnum']),
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"pos": {
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"x": round(coord.cartesian.x.value, 3),
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"y": round(coord.cartesian.y.value, 3),
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"z": round(coord.cartesian.z.value, 3)
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}
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}
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if len(unique_stars) >= limit: break
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# 输出 JSON
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return list(unique_stars.values())
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```
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#### 2\. Frontend: 高性能星空渲染 (Three.js)
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使用 `Points` (粒子系统) 而非 `Mesh` 来渲染数千颗恒星，保证高性能。
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```javascript
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// StarField.js
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function createStarField(starData) {
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const geometry = new THREE.BufferGeometry();
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const positions = [];
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const sizes = []; // 可选：根据恒星大小或距离调整粒子大小
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const SCALE_FACTOR = 10; // 视觉缩放系数，避免坐标过于拥挤
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starData.forEach(star => {
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positions.push(
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star.pos.x * SCALE_FACTOR,
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star.pos.y * SCALE_FACTOR,
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star.pos.z * SCALE_FACTOR
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);
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sizes.push(1.0); // 默认大小
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});
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geometry.setAttribute('position', new THREE.Float32BufferAttribute(positions, 3));
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// 使用 PointsMaterial
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const material = new THREE.PointsMaterial({
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color: 0xffffff,
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size: 0.5,
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sizeAttenuation: true // 开启透视消隐 (远小近大)
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});
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const starSystem = new THREE.Points(geometry, material);
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return starSystem;
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}
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```
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### Phase 4: Exoplanet Systems (系外行星详情)
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#### 1\. Backend: 获取详细轨道参数 (Python)
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获取开普勒轨道要素，用于前端绘制椭圆轨道和模拟运动。
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```python
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# get_system_details.py
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def fetch_system_details(hostname):
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# 查询指定恒星系的所有行星参数
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# pl_orbsmax: 半长轴 (AU), pl_orbper: 周期 (Days), pl_orbeccen: 离心率
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# pl_rade: 半径 (Earth Radii), pl_eqt: 平衡温度 (K)
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table = NasaExoplanetArchive.query_criteria(
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table="ps",
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select="pl_name, pl_orbsmax, pl_orbper, pl_orbeccen, pl_rade, pl_eqt",
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where=f"hostname = '{hostname}'"
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)
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planets = []
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for row in table:
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planets.append({
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"name": str(row['pl_name']),
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"a": float(row['pl_orbsmax']) if row['pl_orbsmax'] else 0.1, # Semi-major axis
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"e": float(row['pl_orbeccen']) if row['pl_orbeccen'] else 0.0, # Eccentricity
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"period": float(row['pl_orbper']) if row['pl_orbper'] else 365.0,
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||
"radius": float(row['pl_rade']) if row['pl_rade'] else 1.0,
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"temp": float(row['pl_eqt']) if row['pl_eqt'] else 300
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})
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return planets
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```
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#### 2\. Frontend: 轨道绘制与材质程序化匹配 (Three.js)
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**A. 绘制椭圆轨道:**
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```javascript
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function createOrbit(a, e) {
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// a: 半长轴 (AU), e: 离心率
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// EllipseCurve 参数: xRadius, yRadius (b = a * sqrt(1-e^2))
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const b = a * Math.sqrt(1 - (e * e));
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const curve = new THREE.EllipseCurve(
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0, 0, // 中心 X, Y
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a, b, // X半径, Y半径
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0, 2 * Math.PI // 0 到 360度
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);
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const points = curve.getPoints(128);
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const geometry = new THREE.BufferGeometry().setFromPoints(points);
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const material = new THREE.LineBasicMaterial({ color: 0x444444 });
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const orbit = new THREE.Line(geometry, material);
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// 【关键】偏移修正：将椭圆焦点对齐到恒星位置 (0,0)
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// 偏移量 c = a * e
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orbit.position.x = - (a * e);
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// 旋转 90度让其平躺在 XZ 平面上
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orbit.rotation.x = -Math.PI / 2;
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return orbit;
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}
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```
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**B. 材质程序化匹配 (Procedural Texturing):**
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根据数据猜测行星长什么样。
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```javascript
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// 简单的外观推断逻辑
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function getPlanetTexture(radius, temp) {
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const PATH = 'assets/textures/generic/';
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// 1. 气态巨行星 (半径 > 4倍地球)
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if (radius > 4.0) {
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return textureLoader.load(PATH + 'gas_giant_bw.jpg'); // 配合 color 属性染色
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}
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// 2. 熔岩行星 (温度 > 400K)
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if (temp > 400) {
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return textureLoader.load(PATH + 'magma.jpg');
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}
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// 3. 冰冻星球 (温度 < 150K)
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if (temp < 150) {
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return textureLoader.load(PATH + 'ice.jpg');
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}
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||
// 4. 宜居带/岩石行星 (默认)
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||
return textureLoader.load(PATH + 'rocky_atmosphere.jpg');
|
||
}
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``` |