中國傳統(tǒng)星空資源的WWT集成與共享*

萬望輝，崔辰州，喬翠蘭，樊東衛(wèi)，米琳瑩，齊　銳，萬昊宜

(1. 武漢科學(xué)技術(shù)館，湖北 武漢　430010；2. 中國科學(xué)院國家天文臺(tái)，北京　100101； 3. 華中師范大學(xué)，湖北 武漢 430079；4. 北京市科學(xué)技術(shù)研究院，北京　100089)

天文學(xué)已經(jīng)進(jìn)入數(shù)據(jù)密集型和數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的時(shí)代。有效利用天文科學(xué)數(shù)據(jù)資源，將其集成并推動(dòng)數(shù)據(jù)資源與優(yōu)質(zhì)學(xué)習(xí)資源的開放共享，對弘揚(yáng)傳統(tǒng)文化有積極的意義和重要價(jià)值。

在大數(shù)據(jù)時(shí)代，中國傳統(tǒng)文化的保護(hù)和傳承是一個(gè)非常值得研究的課題，特別是被譽(yù)為世界文化瑰寶的中國傳統(tǒng)星空體系。我國大部分人對西方星座的 “天蝎”、 “獵戶” 耳熟能詳，卻很少有人知道 “三垣二十八宿”。一方面由于受西方星座文化體系的沖擊，另一方面因?yàn)橹袊糯强瞻姹颈姸?，謬誤頻現(xiàn)又深?yuàn)W難懂，導(dǎo)致中國古代星空沒有得到合理的開發(fā)和傳承。至今中國古星空文化大部分的資料還是以紙質(zhì)的方式存在，部分資源甚至處于瀕危狀態(tài)，如不及時(shí)搶救則有失傳的危險(xiǎn)。如何有效利用信息技術(shù)保護(hù)并傳播我國傳統(tǒng)星空文化是天文學(xué)家和教育家面臨的新挑戰(zhàn)。

本文運(yùn)用現(xiàn)代天文學(xué)觀測數(shù)據(jù)和可視化手段，首次以萬維天文望遠(yuǎn)鏡(World Wide Telescope, WWT)*http://worldwidetelescope.org/為平臺(tái)，融合 《漫步中國星空》[1]一書恢復(fù)的中國宋代傳統(tǒng)星空原貌數(shù)據(jù)、現(xiàn)代HR星表*http://cdsarc.u-strasbg.fr/viz-bin/Cat?V/50和史密森天文臺(tái)星表*http://cdsarc.u-strasbg.fr/viz-bin/Cat?I/131A數(shù)據(jù)，同時(shí)將徐剛先生所繪的生動(dòng)、形象的中國古代傳統(tǒng)星官藝術(shù)圖案巧妙地整合在萬維天文望遠(yuǎn)鏡的環(huán)境中，以數(shù)字化形式呈現(xiàn)宋代星象，并開發(fā)成可供公眾自主學(xué)習(xí)和研究的優(yōu)質(zhì)數(shù)字化資源，向全社會(huì)開放共享，推動(dòng)科技與教育的雙輪驅(qū)動(dòng)。

1　中國傳統(tǒng)星空數(shù)據(jù)資源

《漫步中國星空》一書的作者以潘鼐先生匯集的皇祐星表為骨架，參照文獻(xiàn)，對比近代星圖，整理出一套皇祐星官數(shù)據(jù)，全天三垣二十八宿，共計(jì)星官283個(gè)，恒星1 464顆。

為了讓公眾更好地了解和認(rèn)識(shí)中國傳統(tǒng)星官深厚的文化底蘊(yùn)，徐剛先生從2007年開始著手設(shè)計(jì)中國傳統(tǒng)星官的圖案，以填補(bǔ)中國圖案式星圖的空白，第1次為世人完整呈現(xiàn)了一個(gè)恢宏壯闊的 “天上人間”。

2　基于萬維天文望遠(yuǎn)鏡平臺(tái)集成中國傳統(tǒng)星空數(shù)據(jù)資源

2.1　萬維天文望遠(yuǎn)鏡的概述

中國虛擬天文臺(tái)(China-VO)*http://www.china-vo.org依托中國科學(xué)院國家天文臺(tái)雄厚的科研和技術(shù)實(shí)力，多年來一直致力于以萬維天文望遠(yuǎn)鏡數(shù)據(jù)可視化環(huán)境為平臺(tái)，開展數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的教育和科學(xué)傳播工作。

相比其他天文軟件，萬維天文望遠(yuǎn)鏡有以下幾方面的優(yōu)勢：

(1)基于海量真實(shí)的天文數(shù)據(jù)。萬維天文望遠(yuǎn)鏡將全球眾多大型天文臺(tái)上百TB的海量數(shù)據(jù)資源融合成一個(gè)無縫的數(shù)字宇宙，并通過極富創(chuàng)新性的數(shù)據(jù)可視化方式呈現(xiàn)給公眾。

(2)簡易方便的漫游創(chuàng)作功能，互動(dòng)性和探究性強(qiáng)。教師可以制作漫游課件進(jìn)行教學(xué)，學(xué)生可以創(chuàng)作宇宙漫游與別人分享[2]。

(3)擁有眾多多波段數(shù)據(jù)資源。除了可見光波段的星空景象，在萬維天文望遠(yuǎn)鏡中還可以領(lǐng)略紅外、紫外、射電、X射線、γ射線等電磁波段的星空景象。

(4)多樣化的操作和互動(dòng)手段。如安裝ASCOM控制軟件，可以實(shí)現(xiàn)萬維天文望遠(yuǎn)鏡與天文望遠(yuǎn)鏡的互動(dòng)；連接Oculus Rift，可以體驗(yàn)三維立體宇宙。同時(shí)還可以與Xbox、Kinect等先進(jìn)設(shè)備完美兼容。

2.2　傳統(tǒng)星空數(shù)據(jù)資源可視化

萬維天文望遠(yuǎn)鏡的Excel插件*http://communities.worldwidetelescope.org/功能非常強(qiáng)大，通過插件可以可視化按照既定標(biāo)準(zhǔn)分析、處理的數(shù)據(jù)，從而生動(dòng)形象地展示天文、地理等現(xiàn)象。作者利用萬維天文望遠(yuǎn)鏡完整、全面地可視化中國古代星空數(shù)據(jù)，包括1 464顆恒星的星等和光譜型、283個(gè)星官的星官連線、341個(gè)星官名稱以及近100個(gè)星官圖案。

(1)星點(diǎn)可視化。利用Excel將恒星的星等、光譜型與恒星在天球的坐標(biāo)一一對應(yīng)，通過Excel插件導(dǎo)入萬維天文望遠(yuǎn)鏡中，用不同大小和顏色的光點(diǎn)表示各個(gè)恒星的星等和光譜型。部分?jǐn)?shù)據(jù)如圖1。

(2)可視化星官連線。借助 《漫步中國星空》 一書了解各個(gè)星官的連線情況，并利用Excel的Linestring函數(shù)將各個(gè)恒星在天球上的坐標(biāo)與連線標(biāo)準(zhǔn)一一對應(yīng)，再使用Excel插件導(dǎo)入萬維天文望遠(yuǎn)鏡中。其中 【北極】、【四輔】 及 【勾陳】 星官的連線如圖2。

圖1可視化恒星星等和光譜型
Fig.1Visualization of stellar catalog

圖2可視化星官的連線
Fig.2Visualization of asterism figures

(3)顯示星官名稱。在萬維天文望遠(yuǎn)鏡中可視化中文文字，需借助萬維天文望遠(yuǎn)鏡的圖層功能。將各顆恒星或者星官在天球上的坐標(biāo)數(shù)據(jù)與名稱在Excel中利用Text函數(shù)一一對應(yīng)，然后將數(shù)據(jù)導(dǎo)入萬維天文望遠(yuǎn)鏡中，效果如圖3。

(4)可視化星官圖案。添加星官圖案時(shí)，采取萬維天文望遠(yuǎn)鏡自定義的 “wtml文件” 載入，添加 “車府” 圖案如圖4。近100個(gè)星官圖案全部集成在萬維天文望遠(yuǎn)鏡中保存為 “chineseheaven.wtml” 文件。

圖3可視化星官名稱
Fig.3Display of asterism names

圖4可視化星官圖案
Fig.4Visualization of asterism pictures

2.3　資源開放共享

天文數(shù)據(jù)資源的集成和數(shù)據(jù)資源開放共享，對天文學(xué)研究和教育普及至關(guān)重要[3]。為了進(jìn)一步促進(jìn)資源的開放共享，將上述這4個(gè)數(shù)據(jù)層利用萬維天文望遠(yuǎn)鏡的 “新建圖層組” 功能整合為 “Chineseheaven.wwtl” 文件(“wwtl”是萬維天文望遠(yuǎn)鏡自定義的圖層組文件格式)。文件通過萬維天文望遠(yuǎn)鏡北京社區(qū)網(wǎng)站*http://wwt.china-vo.org/向全社會(huì)開放，用戶可自行下載，用于科研或者教學(xué)科普。同時(shí)，用戶可以在萬維天文望遠(yuǎn)鏡的 “社區(qū)” 中添加 “萬維天文望遠(yuǎn)鏡北京社區(qū)” 找到 “中國星空” 的資源，如圖5。

圖5萬維天文望遠(yuǎn)鏡北京社區(qū)中的 “中國星空” 資源
Fig.5Chinese Traditional Star Resourcesat WWT Community Beijing

3　結(jié)　論

利用萬維天文望遠(yuǎn)鏡集成中國傳統(tǒng)星空數(shù)據(jù)資源，具有非常重要的意義。

(1)利用萬維天文望遠(yuǎn)鏡以圖文并茂的方式展示中國傳統(tǒng)星空文化，增強(qiáng)資源的真實(shí)感和表現(xiàn)力[4]。中國古星圖幾乎是清一色的星點(diǎn)連線和文字，星官多而零散，僅僅通過板書或口授難以直觀地領(lǐng)會(huì)其意義。借助萬維天文望遠(yuǎn)鏡先進(jìn)的可視化技術(shù)，將中國星空數(shù)據(jù)與星官圖案融為一體，增強(qiáng)了中國傳統(tǒng)星空的可展示性，可幫助觀眾更好地理解中國傳統(tǒng)文化。利用這些數(shù)據(jù)資源創(chuàng)作漫游—— 《漫步中國星空之紫微垣》，榮獲第二屆 “共享杯” 全國大學(xué)生科技資源共享服務(wù)創(chuàng)新大賽一等獎(jiǎng)。在漫游中作者巧妙地展示紫微垣的 【華蓋】、【杠】、【五帝內(nèi)座】、【天廚】、【天棓】 等星官的連線和圖案，如圖6，直觀形象地展示中國傳統(tǒng)星空文化，激發(fā)公眾積極主動(dòng)了解中國傳統(tǒng)星空文化的興趣。

(2)利用萬維天文望遠(yuǎn)鏡在教學(xué)方面的互動(dòng)性，教師和學(xué)生以人機(jī)對話的方式創(chuàng)作宇宙漫游學(xué)習(xí)中國傳統(tǒng)星空文化，增強(qiáng)資源的探究性。同時(shí)提高學(xué)生的實(shí)踐能力和探究潛能，促進(jìn)中國傳統(tǒng)星空文化在中小學(xué)及高校中傳播。利用萬維天文望遠(yuǎn)鏡的漫游制作功能轉(zhuǎn)換傳播方式，變靜為動(dòng)，變抽象為具體，變平面為立體，變部分為全景，變模擬為真實(shí)，取得更佳的學(xué)習(xí)效果。如在漫游中將紫微垣的部分星官與 《步天歌》 一一對應(yīng)(如圖7)，有句有圖，言下見象，邊讀 《步天歌》，邊認(rèn)星官，在不知不覺中認(rèn)識(shí)了全天星空。

圖6用萬維天文望遠(yuǎn)鏡實(shí)現(xiàn)中國星官連線 與星官圖案的融合

Fig.6Integration of the figures and pictures of asterisms

圖7用萬維天文望遠(yuǎn)鏡將紫微垣的星官與 《步天歌》 一一對應(yīng)

Fig.7Matching the asterisms of Purple Forbidden enclosure with Song of Pacing the Heavens

(3)促進(jìn)中國傳統(tǒng)星空文化的大眾性。通過萬維天文望遠(yuǎn)鏡集成的數(shù)字化教育資源，所有公眾均可以網(wǎng)絡(luò)獲取并使用，讓以往只有天文學(xué)家才能問津的頂級(jí)專業(yè)天文資源走近了每一個(gè)普通公眾。

(4)將無聲的紙質(zhì)資源轉(zhuǎn)換為有聲的可即時(shí)傳播的數(shù)字化資源，促進(jìn)中國傳統(tǒng)星空文化的傳播和傳承。將 《漫步中國星空之紫微垣》 漫游節(jié)目轉(zhuǎn)換成不依賴萬維天文望遠(yuǎn)鏡環(huán)境就可供大眾分享學(xué)習(xí)的視頻，通過微博、微信、論壇等社交媒體傳播，收到良好的效果。

(5)促進(jìn)中國傳統(tǒng)星空文化與西方星座文化的融合，增強(qiáng)不同文化的共賞性、滲透性和融合性。萬維天文望遠(yuǎn)鏡中含有豐富的天文數(shù)據(jù)資源，可以很方便地將這些資源進(jìn)行整合利用，實(shí)現(xiàn)古今對比、中西對比，形象直觀地比較兩種星空文化的差異，促進(jìn)中西方文化的交流，提高中國傳統(tǒng)星空文化的生命力。

總之，利用萬維天文望遠(yuǎn)鏡平臺(tái)集成中國傳統(tǒng)星空數(shù)據(jù)資源，有利于保護(hù)、繼承、傳播和弘揚(yáng)中國古星空文化，讓更多的人了解中國古天文的輝煌成就；有利于中國古星空數(shù)據(jù)與現(xiàn)代天文學(xué)科學(xué)觀測結(jié)果的融合，實(shí)現(xiàn)古今對比，促進(jìn)中西文化交流；將中國傳統(tǒng)星空文化數(shù)據(jù)加工成可供科學(xué)家、教師、學(xué)生自主學(xué)習(xí)的教育資源，使中國古星空中蘊(yùn)含的深厚文化和科學(xué)信息得以傳播、開發(fā)和信息化利用，體現(xiàn)了科學(xué)、文化、藝術(shù)、技術(shù)的深度結(jié)合。

4　展　望

中國有著悠久的歷史和燦爛的文化，大量的中國傳統(tǒng)文化逐漸地深入到中華民族的生命和血液里，成為中國特色的文化基因。在大數(shù)據(jù)時(shí)代，為繼承和發(fā)展中國傳統(tǒng)文化的特色，先進(jìn)的信息技術(shù)有著義不容辭的責(zé)任。有效利用信息技術(shù)和新生的傳播手段將中國傳統(tǒng)文化資源數(shù)字化，將單一的、靜態(tài)的文字傳播形式轉(zhuǎn)換為生動(dòng)的多媒體傳播方式，充分挖掘其現(xiàn)代意義。傳承中國傳統(tǒng)文化的精髓，促進(jìn)中西文化的交流和融合，延展中國傳統(tǒng)文化的生命力，期待中華文明再次引領(lǐng)世界文化潮流。

致謝：感謝中國虛擬天文臺(tái)和中國天文數(shù)據(jù)中心提供的數(shù)據(jù)資源和技術(shù)支持。感謝國家天文臺(tái)-阿里云天文大數(shù)據(jù)聯(lián)合研究中心對本項(xiàng)工作的支持。感謝徐剛老師所繪的生動(dòng)形象的中國古代傳統(tǒng)星官藝術(shù)圖案。

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