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@SaitoTsutomu(Tsutomu Saito)

Blenderで星空を作る

Last updated at Posted at 2023-02-11

Blenderで星空を作る

これなに

Blenderで下記のような星空を作る方法の紹介です。

データ

星や星座の情報は、下記のヒッパルコス星表を使います。

上記のサイトから下記の3つのファイルを使います（ダウンロードはプログラムから行います）。

  • hip_lite_major.csv：3215個の星の情報です。この中のHIP番号と赤経と赤緯と視等級（明るさ）を使います。
  • hip_100.csv：100個の星の情報です。星は上記のサブセットですが、B-V色指数が増えています。上記の表にマージします。B-V色指数は小さいと青っぽく、大きいと赤っぽく見えるそうなので、この値を使ってカラーランプで適当に色をつけます。
  • hip_constellation_line.csv：星座の線の情報です。2点のHIP番号を使います。

これらのデータから表を2つ（df、dfl）を作成します。それぞれ星と星座の線です。

考え方

下記の4種類を作ります。

  • データ：サイトからCSVをダウンロードし、星と星座の2つの表を作成します。
  • マテリアル：星と星座の線の2種類のマテリアルを作成します。
  • ジオメトリーノード：星と星座の線のジオメトリーを作成します。
  • オブジェクト：星を頂点として、星座の線を辺として作成します。

データ

データの座標は赤道座標系になってます。これをXYZ座標に変換します。
ダウンロードしたファイルはキャッシュします。

マテリアル

星座の線のマテリアル（line）
放射だけ暗いグレーに設定しています。

星のマテリアル（star）
放射と放射の強さを設定しています。それぞれ、bvとlvという属性の情報を使います。属性はオブジェクト作成時に作成しています。

ジオメトリーノード

「ポイントにインスタンス作成」でICO球を配置します。これが星を表します。
「メッシュのカーブ化」「カーブのメッシュ化」で辺を円柱にします。これが星座の線を表します。

image.png

オブジェクト

オブジェクトは、頂点と辺からなるメッシュです。面はありません。通常、面のないメッシュは見えませんが、ジオメトリーノードによって可視化しています。
ここでは下記の頂点の属性も作成し、マテリアルから利用できるようにしています。

  • bv：色指数というものです。カラーランプで使うために、0から0.94ぐらいになるようにしています。1は暗いグレーです。暗いグレーはB-V色指数を持たない星用です。
  • lv：視等級から計算しています。放射の強さに使います。

作ってみよう

pandasのインストールが必要です（下記参考）。

以下をコピーしてScriptingワークスペースで実行してください（Blender 4.0用は後述）。

"""
星表から星空を作る
"""
import time
from math import pi, tau
from pathlib import Path

import bpy
import numpy as np
import pandas as pd


def make_dataframe():
    tmp = Path("/tmp")
    if not tmp.is_dir():
        tmp = Path("/temp")
    hip_lite_major = tmp / "hip_lite_major.csv"
    if not hip_lite_major.exists():
        url = "http://astro.starfree.jp/commons/hip/hip_lite_major.csv"
        _df = pd.read_csv(url, header=None, index_col=0)
        _df.to_csv(hip_lite_major, header=None)
        time.sleep(0.1)
    df = pd.read_csv(hip_lite_major, header=None, index_col=0)
    df.columns = "赤経時 赤経分 赤経秒 赤緯符号 赤緯度 赤緯分 赤緯秒 視等級".split()

    hip_100 = tmp / "hip_100.csv"
    if not hip_100.exists():
        url = "http://astro.starfree.jp/commons/hip/hip_100.csv"
        _df = pd.read_csv(url, encoding="cp932", header=None, index_col=0)
        _df.to_csv(hip_100, encoding="cp932", header=None)
        time.sleep(0.1)
    usecols = [0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 12]
    df100 = pd.read_csv(hip_100, encoding="cp932", header=None, index_col=0, usecols=usecols)
    df100.columns = "赤経時 赤経分 赤経秒 赤緯符号 赤緯度 赤緯分 赤緯秒 視等級 BV色指数".split()

    hip_constellation_line = tmp / "hip_constellation_line.csv"
    if not hip_constellation_line.exists():
        url = "http://astro.starfree.jp/commons/hip/hip_constellation_line.csv"
        _df = pd.read_csv(url, header=None)
        _df.to_csv(hip_constellation_line, header=None, index=False)
        time.sleep(0.1)
    dfl = pd.read_csv(hip_constellation_line, header=None)
    dfl.columns = "Abbr HIP1 HIP2".split()

    df = df.join(df100.BV色指数, how="left").fillna(2)
    df.insert(0, "ID", range(len(df)))
    df["Long"] = (df.赤経時 / 24 + df.赤経分 / 1440 + df.赤経秒 / 86400) * tau
    df["Lati"] = (df.赤緯度 / 90 + df.赤緯分 / 5400 + df.赤緯秒 / 324000) * pi
    df.Lati *= df.赤緯符号 - 0.5
    df["Z"] = np.sin(df.Lati)
    r = np.cos(df.Lati)
    df["X"] = r * np.cos(df.Long)
    df["Y"] = r * np.sin(df.Long)

    dfl = dfl[dfl.HIP1.isin(df.index) & dfl.HIP2.isin(df.index)]
    dfl = dfl.join(df.ID.rename("ID1"), "HIP1")
    dfl = dfl.join(df.ID.rename("ID2"), "HIP2")
    return df, dfl


def make_material(obj):
    mat = bpy.data.materials.new(name="line")
    mat.use_nodes = True
    ndpb = mat.node_tree.nodes["Principled BSDF"]
    ndpb.inputs[19].default_value = 0.05, 0.05, 0.05, 1

    mat = bpy.data.materials.new(name="star")
    obj.active_material = mat
    mat.use_nodes = True
    ndpb = mat.node_tree.nodes["Principled BSDF"]
    nda1 = mat.node_tree.nodes.new("ShaderNodeAttribute")
    nda1.attribute_name = "bv"
    nda1.attribute_type = "INSTANCER"
    nda2 = mat.node_tree.nodes.new("ShaderNodeAttribute")
    nda2.attribute_name = "lv"
    nda2.attribute_type = "INSTANCER"
    ndcr = mat.node_tree.nodes.new("ShaderNodeValToRGB")
    ndcr.color_ramp.color_mode = "HSV"
    ndcr.color_ramp.hue_interpolation = "CCW"
    ndcr.color_ramp.elements.new(0.95)
    ndcr.color_ramp.elements[0].color = 0, 0.1, 1, 1
    ndcr.color_ramp.elements[1].color = 1, 0, 0, 1
    ndcr.color_ramp.elements[2].color = 0.01, 0.01, 0.01, 1
    nda1.location = -450, -180
    nda2.location = -450, 5
    ndcr.location = -270, 5
    mat.node_tree.links.new(nda1.outputs[2], ndcr.inputs[0])
    mat.node_tree.links.new(ndcr.outputs[0], ndpb.inputs[19])
    mat.node_tree.links.new(nda2.outputs[2], ndpb.inputs[20])


def make_geometry_node(obj):
    modifier = obj.modifiers.new("GeometryNodes", "NODES")
    node_group = bpy.data.node_groups.new("Geometry Nodes", "GeometryNodeTree")
    modifier.node_group = node_group
    node_group.inputs.new("NodeSocketGeometry", "Geometry")
    node_group.outputs.new("NodeSocketGeometry", "Geometry")
    ndgi = node_group.nodes.new("NodeGroupInput")
    ndic = node_group.nodes.new("GeometryNodeMeshIcoSphere")
    ndic.inputs[0].default_value = 0.003
    ndio = node_group.nodes.new("GeometryNodeInstanceOnPoints")
    ndmc = node_group.nodes.new("GeometryNodeMeshToCurve")
    ndcc = node_group.nodes.new("GeometryNodeCurvePrimitiveCircle")
    ndcc.inputs[0].default_value = 6
    ndcc.inputs[4].default_value = 0.001
    ndcm = node_group.nodes.new("GeometryNodeCurveToMesh")
    ndsm = node_group.nodes.new("GeometryNodeSetMaterial")
    ndsm.inputs[2].default_value = bpy.data.materials["star"]
    ndsm2 = node_group.nodes.new("GeometryNodeSetMaterial")
    ndsm2.inputs[2].default_value = bpy.data.materials["line"]
    ndjo = node_group.nodes.new("GeometryNodeJoinGeometry")
    ndgo = node_group.nodes.new("NodeGroupOutput")

    node_group.links.new(ndgi.outputs[0], ndio.inputs[0])
    node_group.links.new(ndic.outputs[0], ndio.inputs[2])
    node_group.links.new(ndgi.outputs[0], ndmc.inputs[0])
    node_group.links.new(ndmc.outputs[0], ndcm.inputs[0])
    node_group.links.new(ndcc.outputs[0], ndcm.inputs[1])
    node_group.links.new(ndio.outputs[0], ndsm.inputs[0])
    node_group.links.new(ndcm.outputs[0], ndsm2.inputs[0])
    node_group.links.new(ndsm.outputs[0], ndjo.inputs[0])
    node_group.links.new(ndsm2.outputs[0], ndjo.inputs[0])
    node_group.links.new(ndjo.outputs[0], ndgo.inputs[0])

    nds = [ndgi, ndic, ndio, ndmc, ndcc, ndcm, ndsm, ndsm2, ndjo, ndgo]
    locs = [[-315, 116], [-315, -18], [-151, 116], [8, 116], [8, -18]]
    locs += [[170, 116], [170, -18], [325, 116], [325, -18], [482, 116]]
    for nd, loc in zip(nds, locs):
        nd.location = loc


def make_object():
    df, dfl = make_dataframe()
    verts = df[["X", "Y", "Z"]].values.tolist()
    edges = dfl[["ID1", "ID2"]].values.tolist()
    mesh = bpy.data.meshes.new(name="Star")
    mesh.from_pydata(verts, edges, [])
    obj = bpy.data.objects.new(mesh.name, mesh)
    bpy.context.scene.collection.objects.link(obj)
    mesh.attributes.new("lv", "FLOAT", "POINT")
    mesh.attributes["lv"].data.foreach_set("value", ((4 - df["視等級"]) ** 2 * 5).to_list())
    mn, mx = df.BV色指数.min(), df.BV色指数.max()
    mesh.attributes.new("bv", "FLOAT", "POINT")
    mesh.attributes["bv"].data.foreach_set("value", ((df.BV色指数 - mn) / (mx - mn)).to_list())
    make_material(obj)
    make_geometry_node(obj)
    bpy.data.worlds["World"].node_tree.nodes["Background"].inputs[0].default_value = 0, 0, 0, 1
    bpy.context.scene.eevee.use_bloom = True


make_object()

Layoutワークスペースで、３Dビューのシェーディングをレンダーにしてください。下記のように表示されます。

image.png

Blender 4用の追記

Blender 4用のコードです。

"""
星表から星空を作る
"""
import time
from math import pi, tau
from pathlib import Path

import bpy
import numpy as np
import pandas as pd


def make_dataframe():
    tmp = Path("/tmp")
    if not tmp.is_dir():
        tmp = Path("/temp")
    hip_lite_major = tmp / "hip_lite_major.csv"
    if not hip_lite_major.exists():
        url = "http://astro.starfree.jp/commons/hip/hip_lite_major.csv"
        _df = pd.read_csv(url, header=None, index_col=0)
        _df.to_csv(hip_lite_major, header=None)
        time.sleep(0.1)
    df = pd.read_csv(hip_lite_major, header=None, index_col=0)
    df.columns = "赤経時 赤経分 赤経秒 赤緯符号 赤緯度 赤緯分 赤緯秒 視等級".split()

    hip_100 = tmp / "hip_100.csv"
    if not hip_100.exists():
        url = "http://astro.starfree.jp/commons/hip/hip_100.csv"
        _df = pd.read_csv(url, encoding="cp932", header=None, index_col=0)
        _df.to_csv(hip_100, encoding="cp932", header=None)
        time.sleep(0.1)
    usecols = [0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 12]
    df100 = pd.read_csv(hip_100, encoding="cp932", header=None, index_col=0, usecols=usecols)
    df100.columns = "赤経時 赤経分 赤経秒 赤緯符号 赤緯度 赤緯分 赤緯秒 視等級 BV色指数".split()

    hip_constellation_line = tmp / "hip_constellation_line.csv"
    if not hip_constellation_line.exists():
        url = "http://astro.starfree.jp/commons/hip/hip_constellation_line.csv"
        _df = pd.read_csv(url, header=None)
        _df.to_csv(hip_constellation_line, header=None, index=False)
        time.sleep(0.1)
    dfl = pd.read_csv(hip_constellation_line, header=None)
    dfl.columns = "Abbr HIP1 HIP2".split()

    df = df.join(df100.BV色指数, how="left").fillna(2)
    df.insert(0, "ID", range(len(df)))
    df["Long"] = (df.赤経時 / 24 + df.赤経分 / 1440 + df.赤経秒 / 86400) * tau
    df["Lati"] = (df.赤緯度 / 90 + df.赤緯分 / 5400 + df.赤緯秒 / 324000) * pi
    df.Lati *= df.赤緯符号 - 0.5
    df["Z"] = np.sin(df.Lati)
    r = np.cos(df.Lati)
    df["X"] = r * np.cos(df.Long)
    df["Y"] = r * np.sin(df.Long)

    dfl = dfl[dfl.HIP1.isin(df.index) & dfl.HIP2.isin(df.index)]
    dfl = dfl.join(df.ID.rename("ID1"), "HIP1")
    dfl = dfl.join(df.ID.rename("ID2"), "HIP2")
    return df, dfl


def make_material(obj):
    mat = bpy.data.materials.new(name="line")
    mat.use_nodes = True
    ndpb = mat.node_tree.nodes["Principled BSDF"]
    ndpb.inputs[26].default_value = 0.05, 0.05, 0.05, 1
    ndpb.inputs[27].default_value = 1

    mat = bpy.data.materials.new(name="star")
    obj.active_material = mat
    mat.use_nodes = True
    ndpb = mat.node_tree.nodes["Principled BSDF"]
    nda1 = mat.node_tree.nodes.new("ShaderNodeAttribute")
    nda1.attribute_name = "bv"
    nda1.attribute_type = "INSTANCER"
    nda2 = mat.node_tree.nodes.new("ShaderNodeAttribute")
    nda2.attribute_name = "lv"
    nda2.attribute_type = "INSTANCER"
    ndcr = mat.node_tree.nodes.new("ShaderNodeValToRGB")
    ndcr.color_ramp.color_mode = "HSV"
    ndcr.color_ramp.hue_interpolation = "CCW"
    ndcr.color_ramp.elements.new(0.95)
    ndcr.color_ramp.elements[0].color = 0, 0.1, 1, 1
    ndcr.color_ramp.elements[1].color = 1, 0, 0, 1
    ndcr.color_ramp.elements[2].color = 0.01, 0.01, 0.01, 1
    nda1.location = -450, -180
    nda2.location = -450, 5
    ndcr.location = -270, 5
    mat.node_tree.links.new(nda1.outputs[2], ndcr.inputs[0])
    mat.node_tree.links.new(ndcr.outputs[0], ndpb.inputs[26])
    mat.node_tree.links.new(nda2.outputs[2], ndpb.inputs[27])


def make_geometry_node(obj):
    modifier = obj.modifiers.new("GeometryNodes", "NODES")
    node_group = bpy.data.node_groups.new("Geometry Nodes", "GeometryNodeTree")
    modifier.node_group = node_group
    node_group.is_modifier = True
    node_group.interface.new_socket('Geometry', in_out="OUTPUT", socket_type='NodeSocketGeometry')
    node_group.interface.new_socket('Geometry', in_out="INPUT", socket_type='NodeSocketGeometry')
    ndgi = node_group.nodes.new("NodeGroupInput")
    ndic = node_group.nodes.new("GeometryNodeMeshIcoSphere")
    ndic.inputs[0].default_value = 0.003
    ndio = node_group.nodes.new("GeometryNodeInstanceOnPoints")
    ndmc = node_group.nodes.new("GeometryNodeMeshToCurve")
    ndcc = node_group.nodes.new("GeometryNodeCurvePrimitiveCircle")
    ndcc.inputs[0].default_value = 6
    ndcc.inputs[4].default_value = 0.001
    ndcm = node_group.nodes.new("GeometryNodeCurveToMesh")
    ndsm = node_group.nodes.new("GeometryNodeSetMaterial")
    ndsm.inputs[2].default_value = bpy.data.materials["star"]
    ndsm2 = node_group.nodes.new("GeometryNodeSetMaterial")
    ndsm2.inputs[2].default_value = bpy.data.materials["line"]
    ndjo = node_group.nodes.new("GeometryNodeJoinGeometry")
    ndgo = node_group.nodes.new("NodeGroupOutput")

    node_group.links.new(ndgi.outputs[0], ndio.inputs[0])
    node_group.links.new(ndic.outputs[0], ndio.inputs[2])
    node_group.links.new(ndgi.outputs[0], ndmc.inputs[0])
    node_group.links.new(ndmc.outputs[0], ndcm.inputs[0])
    node_group.links.new(ndcc.outputs[0], ndcm.inputs[1])
    node_group.links.new(ndio.outputs[0], ndsm.inputs[0])
    node_group.links.new(ndcm.outputs[0], ndsm2.inputs[0])
    node_group.links.new(ndsm.outputs[0], ndjo.inputs[0])
    node_group.links.new(ndsm2.outputs[0], ndjo.inputs[0])
    node_group.links.new(ndjo.outputs[0], ndgo.inputs[0])

    nds = [ndgi, ndic, ndio, ndmc, ndcc, ndcm, ndsm, ndsm2, ndjo, ndgo]
    locs = [[-315, 116], [-315, -18], [-151, 116], [8, 116], [8, -18]]
    locs += [[170, 116], [170, -18], [325, 116], [325, -18], [482, 116]]
    for nd, loc in zip(nds, locs):
        nd.location = loc


def make_object():
    df, dfl = make_dataframe()
    verts = df[["X", "Y", "Z"]].values.tolist()
    edges = dfl[["ID1", "ID2"]].values.tolist()
    mesh = bpy.data.meshes.new(name="Star")
    mesh.from_pydata(verts, edges, [])
    obj = bpy.data.objects.new(mesh.name, mesh)
    bpy.context.scene.collection.objects.link(obj)
    mesh.attributes.new("lv", "FLOAT", "POINT")
    mesh.attributes["lv"].data.foreach_set("value", ((4 - df["視等級"]) ** 2 * 5).to_list())
    mn, mx = df.BV色指数.min(), df.BV色指数.max()
    mesh.attributes.new("bv", "FLOAT", "POINT")
    mesh.attributes["bv"].data.foreach_set("value", ((df.BV色指数 - mn) / (mx - mn)).to_list())
    make_material(obj)
    make_geometry_node(obj)
    bpy.data.worlds["World"].node_tree.nodes["Background"].inputs[0].default_value = 0, 0, 0, 1
    bpy.context.scene.eevee.use_bloom = True


make_object()

Blender 4.2のブルームについて

Blender 4.2では、Eeveeにブルームの設定がなくなりました。
ブルームを有効にするには、下記のようにコンポジターを設定する必要があります。

  • コンポジターの画面で「ノードを使用」をチェックする
  • グレアノードを追加し、レンダーレイヤーノードとコンポジットノードの間に接続する
    • グレアタイプをブルームにする
    • （明るすぎる場合は）品質を低にする

また、コンポジターの設定を3Dビューポートで確認するには、ビューポートシェーディングをレンダーにして、コンポジターを常時にします。

下記を実行すると、Pythonでこれらのブルームの設定ができます。

import bpy

scene = bpy.data.scenes["Scene"]
scene.use_nodes = True
nodes = scene.node_tree.nodes
glare = nodes.new(type="CompositorNodeGlare")
glare.glare_type = "BLOOM"
glare.quality = "LOW"
glare.location = 50, 200
node1 = scene.node_tree.nodes["Render Layers"]
node2 = scene.node_tree.nodes["Composite"]
scene.node_tree.links.new(node1.outputs[0], glare.inputs[0])
scene.node_tree.links.new(glare.outputs[0], node2.inputs[0])

for area in bpy.data.screens["Layout"].areas:
    if area.ui_type == "VIEW_3D":
        area.spaces[0].shading.type = "RENDERED"
        area.spaces[0].shading.use_compositor = "ALWAYS"

以上

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