更真实的宇宙（设计讨论稿）

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缘起远行星号的星海里，所有天体都沿着统一的圆形轨道运行——这早已满足不了追求真实感的玩家。我决定搜集广大玩家的建议，做出一个更合理的模组，去逼近那个更真实的宇宙。

为了这个目标，我制作了一份「额定密度表」：为每一种行星与恒星类型，标定其在游戏空间里的额定密度。有了密度，便能通过半径求出体积、算出每一颗天体的质量；而质量配合轨道半长轴，可据开普勒第三定律求出正确的环绕周期，并反推拉格朗日点位置。在此之上，把原版统一的圆轨道改成椭圆——这正是「轨道形状库」的本职：只改轨道的「形状」与「运动快慢」，不动天体被生成在哪儿、也不动星图本身。我先前发布的<轨道形状库 Orbit Shapes - Mod制作发布 - 远行星号中文论坛>正是这一计划的开端，也欢迎各位继续提出建议，一同完善它。

额定密度表为每一种行星与恒星类型标定的游戏空间额定密度表，已打包在附件 vanilla_nominal_density.zip（内含完整 11 列 csv 数据，UTF-8，可用 Excel / 记事本打开）。下面几条说明它的算法口径：

• 额定密度的定义：ρ_game = m_real / r_typical³（单位 M⊕/px³），其中 r_typical = (minRadius + maxRadius) / 2，取自原版 procgen 表。
  

• 由半径求质量：m(r) = ρ_game × r³。像素标度因子与 4π/3 在两个同类型天体做质量比时会自动约掉，因此这张表最适合用在「同类两体质量比」上。
  

• 空值即「不适用」：5 个固定质量例外（中子星、黑洞、三个星云中心）密度列留空——它们的绘制尺寸不携带质量信息；9 个非天体（环、小行星带/场、吸积盘、磁场、小星云）已被排除，不填 0、也不填估算占位值。
  

• 这不是真实物理密度，是游戏空间标定密度：原版星体画的是视觉半径（如蓝巨星只画成黄星的 1.4 倍，实际约 5 倍），直接套真实平均密度会偏 50%~99%。
  

进动角椭圆轨道的近星点方向本不该是固定的。受到其它天体的引力摄动、中心天体非球形（扁率）、乃至广义相对论效应，轨道的拱线（近星点—远星点连线）会随时间缓慢旋转——这个旋转角速率，就是「进动角」。

• 原版为什么没有：原版所有轨道是标准圆（e=0），圆没有「长轴方向」可言，谈不上进动；即便少数手动设定的椭圆，引擎的 CircularOrbit 也是参数固定的静态椭圆，长轴永不自转。
  

• 性能花费：物理上「真实的」进动来自多体摄动，正是最早被我们否掉的「每帧 O(N²) N 体积分」那一档——它会把运行时从每帧 O(N) 直接拖成 O(N²)，吃掉帧率。若退而求其次、给每类天体「写死一个固定进动速率」做廉价近似，那个数字没有任何物理依据，等于用假数据冒充真实，意义不大。
  

• 漫长的游戏时间，短期忽略不计：真实进动速率极小（现实里每年才角秒级）。游戏里一圈轨道往往只有几天到几周，玩家整局玩下来，椭圆的长轴也转不了几度，肉眼根本看不出和「固定椭圆」的区别。为这点不可见的「真实」去承担复杂度、以及破坏固定相位机关（拉格朗日点、任务、主题摆放）的风险，不划算。
  

• 取舍与边界：对绝大多数玩家而言，进动在可感知的游玩周期内可以忽略。若将来社区强烈要求，更合理的做法是做一个「可配置的固定进动速率」开关、默认关闭——既保留硬核玩家的选项，又不拖累默认体验，也不动现有依赖固定相位的机制。
  

• 顺带的好处：正因为暂不做进动，现有的 L4/L5 三角平动点仍是稳定的，依赖固定相位的机关、任务与主题设计无需重新评估摆放基准，兼容性得以保持。
  

性能以下数字基于「60% 天体改为椭圆轨道」并启用完整方案（质量模型＋第三定律＋L1–L5＋防交叉重排＋路径预缓存）的实测。X% 表示「相对原版在同样状态下的消耗涨幅」——因为原版在我们要改的那一段几乎不干活，所以既有「受影响部分涨幅很大」，也有「整个状态涨幅很小」，两列都给出。

• 开局生成（一次性）：原版约 0.8 ms 的轨道参数计算 → 新方案约 33–79 ms（取决于防交叉迭代轮数）。受影响部分看似 +3900%~+9570%，但那全是我们新增功能自身的成本；举个具体例子：一次普通新游戏从点击到能操作约 40 秒，这最多 79 ms 只占约 0.2%，加载进度条不会因此多跳一下。
  

• 每帧轨道推进（星图/战役层）：受影响部分 +527%（圆 1.0µs → 椭圆 6.5µs / 帧 / 实体群）；折算到整帧仅 +0.03%，即便只算星图更新线程也只 +0.14%~0.55%。（这里的「战役层」指你在外面飞的星图，行星在战斗里是冻结背景、不推进，开销不落在战斗上。）
  

• 轨道线渲染：若把椭圆路径偏移缓存起来，渲染反而比原版画圆线便宜约 54%（原版每帧对每个实体做 128 次 sin/cos，缓存后只需平移）；若不缓存、每帧重采样 128 段（当前 OrbitLines 现状），则 +61%。这是唯一可能感知到的帧率项——引擎自画的圆线无法关闭，是否叠加真椭圆线需自行决定。
  

• 存档：体积 +49%（约 +0.5MB / 千实体），写入 +20%，读档 +3.6%，常驻内存 +75%（单实体对象约 +75B）。注意 XStream 序列化意味着一旦使用便无法从旧存档卸载（缺库会 ClassNotFound）。
  

• 结论：数学本身近乎免费，真正的开销只落在「是否每帧重采样路径」与「是否画椭圆线」两处。把路径偏移缓存起来，整帧不升反降。
  

附：额定密度表见附件 vanilla_nominal_density.zip（内含完整 11 列 csv 数据，UTF-8，可用 Excel / 记事本打开）。


依赖与安装

• 目标版本：Starsector 0.98a-RC8（三个组件均以此版本构建，其它版本未测试）。
  

• 本计划由三个互补组件构成，可单独或组合使用：
  
  • 轨道形状库（Orbit Shapes）：零依赖的纯库，提供开普勒椭圆轨道与路径采样接口，本身不生成任何内容；下面两个都建立在它之上。
    
  • 自定义星系生成器（Custom Systems）：零依赖，用规则在原版 procgen 之外补完星系（殖民地经济、L1/L2/L3 拉格朗日点、稳定点上的实体等），并按真实质量关系排布。
    
  • 轨道线显示（Orbit Lines）：软依赖轨道形状库——装了就画真椭圆，没装则全部退回画圆；键位改绑用到 LunaLib（装了可在 LunaLib 设置里改 F9，没装则用默认键）。
    

• 三者都是独立 mod，按需取用；想完整体验「真实宇宙」建议三个一起开。
  

兼容性与存档

• 新游戏优先：本模组在星系生成期改写轨道与质量关系，最佳体验是开新档。往一个已经跑到一半的存档中途加入，天体位置与已生成实体基准可能不一致，未充分测试，不保证稳定。
  

• 与其它 mod：只动轨道参数与生成规则、不替换原版系统结构，理论上与只加内容（飞船、武器、市场）的 mod 兼容；但若某 mod 自己也重写星系生成或硬编码了天体坐标，可能冲突，需具体排查。
  

• 卸载要清存档：轨道形状库会把椭圆轨道对象写进存档（XStream 序列化），一旦用过就不能从旧存档直接移除，否则读档因找不到类而失败；轨道线显示还会在每个星系创建两个不可见实体并写入存档，禁用后旧存档可能需手动清理。安装前请保留一份干净存档。
  

• 不影响战斗：如前所述，轨道只在星图（战役层）推进，进战斗后星图冻结，战斗机制完全不受影响。
  

可配置项

• 椭圆化比例：默认约 60% 的天体改为椭圆轨道，其余保留原版圆轨道（避免整片星图过于杂乱，也便于对照），比例可在配置里调。
  

• 是否绘制真椭圆线：由「轨道线显示」负责，可开关；关掉则只改物理、不改视觉。
  

• 密度表覆盖：额定密度表是独立数据，允许玩家/其它 mod 替换或补充某类型的密度，再据此重算质量与轨道（具体接口待定）。
  

• 进动角：本期不做（理由见上），后续若加会做成默认关闭的可配置开关。
  

范围、边界与已知限制

• 明确不改动的内容（动了会出大事）：本模组只动「轨道形状与运动」，绝不碰星图大小、星座/系统数量、系统的整体布局与天体数量、原版按半径排布的小行星带/跳跃点/稳定点的位置基准，也不新增或删减天体。原因很直接：这些位置是任务、市场、主题实体乃至其它 mod 的摆放基准，一旦重排就会连锁破坏——比性能开销麻烦得多。所以「轨道形状库」的边界很清晰：形状与速度归它，位置与布局归原版生成逻辑。
  

• 半径用的是「视觉半径」：额定密度由游戏内绘制半径反推，不是真实天文半径（蓝巨星只画成黄星的 1.4 倍，实际约 5 倍）。质量与周期只在同一游戏尺度内有意义，不能和现实天体直接比。
  

• 引擎自带的圆线关不掉：即便画了真椭圆线，引擎底层仍按半长轴画一圈圆线，视觉上会出现「圆线 + 椭圆线」并存。这是引擎限制，不是 bug。
  

• 椭圆会和按半径摆放的东西打架：原版按轨道半径 a 排布小行星带、跳跃点、稳定点。离心率 e=0.35 时，天体到中心的距离会在 0.65a~1.35a 之间摆动，可能穿过这些按 a 生成的结构。当前方案在生成期做了间距校验规避，但极端配置下仍需留意。
  

• 只改位置与速度，不改外观：椭圆化只动轨道形状与运动快慢，天体的大小、亮度、市场、可登陆性等都不受影响。
  

对游戏性的影响（实话实说）

• 行星不再固定在地图一点：椭圆轨道上，行星沿椭圆缓慢移动，近星点快、远星点慢。你「前往某行星」本质上是拦截一个移动目标，导航与汇合时机和原版不同——这是「真实」带来的最直接变化。
  

• 固定相位的机关不受影响：因为本期不做进动，天体相对相位长期稳定，依赖固定位置的机关、任务、主题设计无需重写。
  

• 贸易/任务锚点会动：若某任务或贸易路线把行星当固定坐标，它的漂移可能让路线描述与实际位置对不上；这类内容如需精确，得等我们把相位关系也纳入考虑。
  

后续路线图

• 进动角：本期暂缓（性能与可见收益不划算），后续做成默认关的可配置开关。
  

• 多恒星系统：双星/三星系的共同质心与各自椭圆轨道。
  

• 共振与特殊轨道：如 1:2 轨道共振、潮汐锁定（同一面始终朝向中心）、拉格朗日点处的稳定轨道。
  

• 多体微扰：用轻量近似替代「每帧 O(N²)」的硬算，在性能可控前提下让长期演化更真。
  

想听你们的想法这是「真实宇宙」计划的前瞻稿，不少设计还在路上——比如进动角就是明确的下一步。在动手实现前，我想先听听社区的声音：

• 进动速率要不要做成按天体类型可配、且默认开启？还是默认关，留给硬核玩家自己开？
  

• 真实椭圆轨道线（引擎自带的圆线关不掉）要不要由模组叠加绘制？性能与观感，你们更看重哪头？
  

• 密度表的数值、以及「按半径求质量」的链路，有没有玩家更认可的标定方式？
  

• 还希望「真实」延伸到哪一层？多体摄动、潮汐锁定、还是别的？
  

目前是这样计划，要不要做还在考量。

欢迎在下留言，每一条建议我都会看。