PP3 -- Celestial Charts Generator Code

%       $Id$    
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\newcommand{\PPthree}{\textsf{PP3}}
\newcommand{\pstricks}{\texttt{\mbox{pstricks}}}
\newcommand{\Flamsteed}[2]{#1{\tiny~}#2}

\newif\ifppthreecolour\ppthreecolourtrue

\hyphenation{Home-page Ka-ta-log-num-mer Ka-ta-log-num-mern}

\lstdefinestyle{pp3}{morecomment=[l]\#,numbers=left,numberstyle=\sffamily\scriptsize,
  keywords={filename,set,color,switch,on,off,penalty,objects\_and\_labels,delete,
    add,reposition,delete_labels,add_labels,set_label_text,text,at,along,towards,tics},
  basicstyle=\sffamily\small, fontadjust, columns=[l]fullflexible, string=[b]{"},
  stringstyle=\texttt,belowskip=0pt,showstringspaces=false}

\lstset{style=pp3}

\title{Zeichnen von Sternkarten mit \PPthree}

\author{Torsten Bronger}

\address{Torsten}{Bronger}{Lochnerstraße~7\\52064 Aachen\\%
  \texttt{bronger@physik.rwth-aachen.de}}

\maketitle

\markboth{Sternkarten mit \PPthree}{Sternkarten mit \PPthree}

%%-----------------------------------------------------------------------------
\begin{abstract}
  \PPthree\ ist ein Programm, das \LaTeX${}+{}$\pstricks\ benutzt, um
  Sternkarten zu zeichnen.  Dabei wird auf graphische und typographische
  Qualität und auf Konfigurierbarkeit besonderer Wert gelegt.
\end{abstract}

\section{Einleitung}

In der ersten Blütezeit der Shareware und Public-Domain-Software waren
Astronomieprogramme äußerst beliebt, insbesondere Programme, die auf die ein
oder andere Art und Weise den Sternhimmel darstellten.  Dieser Boom verflachte
aber ab Mitte der 90er immer mehr.  Kommerzielle Programme haben inzwischen den
größten Teil dieses Software-Bereichs übernommen~\cite{dsa-faq}.  Der
wichtigste freie Vertreter ist heute \emph{Cartes du
  Ciel}~\cite{chevalley:cdc}, das leider nur auf der Windowsplattform läuft.
Es bietet jedoch Zugang zu sehr umfangreichen Sternen- und Nebelkatalogen.

Diese Programme sind mit ihrer Detailfülle und ihrer Funktionsvielfalt perfekt
geeignet, um eine Beobachtungsnacht vorzubereiten und zu begleiten, oder um in
der Lehre eingesetzt zu werden.

\medskip Manchmal ist jedoch weniger mehr.  Wenn man ein Aufsuchkärtchen oder
eine Sternbild-Darstellung für einen Himmelsführer erstellen möchte, reichen
schon ein paar Dutzend Sterne pro Sternbild aus.  Viel wichtiger ist jedoch,
dass die Karten übersichtlich gestaltet sind.  Dabei ist zu überlegen, welche
Himmelsobjekte eine Bezeichnung bekommen sollen, wie diese aussehen und wohin
sie plaziert werden soll.  Die vollautomatischen Programme bieten da zu wenige
Möglichkeiten.

Schlimmer noch, das Ergebnis dieser Programme ist bestenfalls eine
hochauf"|lösende Bitmap mit leidlich guter Typographie.  \LaTeXTeX\ kann das
besser.  Wenn man dann noch irgendwie dem DVI-Treiber sagt, wo die Linien,
Sterne und Nebel hingehören, wird eine graphisch ansprechende Sternkarte
möglich.


\section{Grundidee von \PPthree}

Das Programm \PPthree~\cite{bronger:pp3} liest eine Skriptdatei, in der der
Benutzer seine gewünschten Parameter vorgibt, und erzeugt daraus eine
\LaTeX-Datei, deren Bearbeitung die Sternkarte ergibt.

Dabei macht \PPthree\ massiv vom \pstricks-Paket~\cite{vanzandt:pstricks}
Gebrauch, das den besten Zugang zu \PS\ bietet und daher erste Wahl ist, um
anspruchsvolle Bilder innerhalb eines \LaTeX-Dokumentes zu zeichnen.  Es ist
außerdem sehr leicht zu handhaben.

Es handelt sich hier also um \emph{generiertes} \LaTeX.  Theoretisch könnte man
hingehen und aus der \LaTeX-Datei die Sternkarte extrahieren -- sie ist eine
einzige \verb|\vbox| -- und in das eigene Dokument einfügen.  Man würde sich so
aber bloß Ärger einhandeln, da die Bearbeitung durch \TeX\ dann jedesmal
(u.\,U. sehr viel) länger dauert, eventuell sogar mangels Speicher schiefgehen
kann, und Einstellungen im umgebenden Dokument die Sternkarte beeinflussen.

Es ist auch gar nicht nötig.  \PPthree\ ruft dvips und eventuell ps2pdf auf, um
letztendlich eine EPS- bzw.\ PDF-Datei zu liefern.  Diese kann man dann ganz
einfach in ein Dokument einbinden oder sonstwie verarbeiten.


\section{Das Eingabeskript}

Im Eingabeskript gibt der Benutzer seine Wunschliste an, also was für eine
Sternkarte er gerne hätte.  Als Ausgangspunkt kann dafür eine leere Datei
dienen, dann bewirken die Vorgabewerte, dass eine Karte des Orion ausgegeben
wird.  Man kann nun Schritt für Schritt diese Vorgabewerte überschreiben.

Das folgende Skript ist beispielsweise geeignet, eine Karte des Skorpions zu
zeichnen:
\begin{lstlisting}[escapeinside=`',{columns=[l]flexible}]
# Scorpius, der Skorpion`\label{lst:Kommantar1}'
#`\label{lst:Kommentar2}'
filename output `\texttt{sco.tex}'`\label{lst:Ausgabedatei}'

set constellation `\texttt{SCO}'`\label{lst:Sternbild}'
set center_rectascension  16.8`\label{lst:Rektaszension}'
set center_declination   -30`\label{lst:Deklination}'
set box_height 9`\label{lst:Hoehe}'
set box_width 9`\label{lst:Breite}'
set grad_per_cm 4`\label{lst:Ausloesung}'
\end{lstlisting}

Die Zeilen~\ref{lst:Kommantar1} und \ref{lst:Kommentar2} sind einfach
Kommentare, die mit einem freistehenden `\texttt\#' eingeleitet werden.
Zeile~\ref{lst:Ausgabedatei} sagt aus, dass \PPthree\ die Sternkarte in
\verb|sco.tex| schreiben soll.

Zeile~\ref{lst:Sternbild} gibt \PPthree\ einen Hinweis, dass wir das Sternbild
Skorpion zeichnen wollen.\footnote{"`\texttt{SCO}"' ist die astronomische
  Abkürzung dafür.}  Zur Zeit bedeutet das lediglich, dass die Sternbildgrenzen
des Skorpions in einer anderen Farbe gedruckt werden.

Die Zeilen~\ref{lst:Rektaszension} und \ref{lst:Deklination} geben die
Himmelskoordinaten des Zentrums der Abbildung an, und zwar in Rektaszension (in
Stunden) und Deklination (in Grad).  Selbstredend fallen diese Koordinaten mit
dem Zentrum des Sternbildes Skorpion zusammen.

Die nächsten beiden Zeilen~\ref{lst:Hoehe} und \ref{lst:Breite} bestimmen die
Größe der Abbildung.  Alle Längenangaben in \PPthree\ werden in Zentimetern
gemessen.

Die letzte Zeile ist der Maßstab.  $4$~$\mathrm{grad}/\mathrm{cm}$ ist bereits
der Vorgabewert.  Man darf das nicht mit einer globalen Skalierung verwechseln,
die man später vielleicht im \verb|\includegraphics|-Befehl vornimmt, denn alle
Schriftgrößen, Linienstärken etc.\ machen eine \emph{Maßstabs}"-änderung
\emph{nicht} mit.

\ifppthreecolour
\begin{figure}
\centerline{\includegraphics[scale=0.8]{sco}}
\caption{Das Sternbild Skorpion.  (Karte auf 80\,\% verkleinert.)}
\label{fig:scorpion}
\end{figure}
\fi

\medskip Man kann nun dieses kleine Skript in der Datei \verb|sco.pp3|
speichern und
\begin{verbatim}
pp3 sco.pp3
latex sco
dvips sco
\end{verbatim}
aufrufen.  \ifppthreecolour Die sich ergebene Karte ist in
Abbildung~\ref{fig:scorpion} zu sehen.\par \fi Allerdings sind insbesondere die
Farben für einen tonersparenden Ausdruck auf einem gewöhnlichen
Schwarz/Weiß-Drucker ungünstig.  Also setzen wir sie auf Werte, die dafür
besser geeignet sind:
\begin{lstlisting}[columns={[l]flexible},escapeinside=`']
switch colored_stars off
color stars 0 0 0`\label{lst:Sternfarbe}'
color nebulae 0 0 0     color background 1 1 1
color grid 0.5 0.5 0.5  color ecliptic 0.3 0.3 0.3
color constellation_lines 0.7 0.7 0.7  # `\slshape Linien zwischen Sternen'
color labels 0 0 0
color boundaries 0.8 0.8 0.8           # `\slshape Sternbildgrenzen'
color highlighted_boundaries 0 0 0     # `\slshape Selektiertes Sternbild, hier Skorpion'
color milky_way 0.5 0.5 0.5
\end{lstlisting}

Farben werden bei \PPthree\ in der Form >>Rot Grün Blau<< (RGB-Farbmodell)
eingegeben, wobei die einzelnen Werte von 0.0 bis~1.0 reichen.  >>0~0~0<< ist
also Schwarz, >>1~1~1<< Weiß, und z.\,B. >>1~1~0<< ist Gelb.

Die erste Zeile sorgt dafür, dass alle Sterne dieselbe Farbe erhalten.
Normalerweise versucht \PPthree\ nämlich, die Originalfärbung des Sternes
anhand seiner Spektralklasse nachzuahmen.  Nur durch diese Zeile bekommt
Zeile~\ref{lst:Sternfarbe} einen Sinn: Alle Sterne werden nun Schwarz gedruckt.

\ifppthreecolour\else
\begin{figure}
\centerline{\includegraphics[scale=0.8]{sco-grey}}
\caption{Das Sternbild Skorpion.  (Karte auf 80\,\% verkleinert.)}
\label{fig:scorpion-grey}
\end{figure}
\fi

Die restlichen Angaben sollten weitgehend selbsterklärend sein.  Das Ergebnis
ist also eine Karte des Skorpions in Schwarz auf Weiß\ifppthreecolour\else,
siehe Abbildung~\ref{fig:scorpion-grey}\fi.


\section{Bezeichnungen (Labels)}

Bishierhin ist die ganze Sache noch einigermaßen konventionell, sieht man mal
von der Tatsache ab, dass \PPthree${}+{}$\LaTeX${}+{}$dvips Vektorgraphiken
statt Bitmaps erzeugt, was für viele Anwendungen bereits ein großer Vorteil
ist.

Es wäre jedoch schade, wenn \LaTeX\ als bloßer \pstricks-Bereitsteller
herhalten müsste.  Stattdessen kommt es ebenso für alle Bezeichnungen (Labels)
zum Einsatz.  Dafür liegen die Labels in \PPthree{}s Datendateien bereits in
\LaTeX-Form vor (z.\,B. \verb|$\phi^{1}$|).

Zusätzlich kann man Labels aber auch ausdrücklich im Eingabeskript setzen.  Als
erstes muss man dazu das Eingabeskript durch das Schlüsselwort
\lstinline|objects_and_labels| in zwei Teile teilen, in denen jeweils nur
bestimmte Befehle erlaubt sind.  Der erste Teil ist der schon bekannte, während
der zweite Teil Himmelsobjekte und ihre Labels löscht, ergänzt, verändert oder
repositioniert.  In diesen zweiten Teil kann man z.\,B. schreiben
\begin{lstlisting}[numbers=none]
set_label_text SCO 21 "\\footnotesize Antares"
\end{lstlisting}
Das gibt dem Stern \Flamsteed{21}{Sco} das Label "`Antares"', außerdem stellt
es dafür auf eine kleinere Schrift um.  "`\Flamsteed{21}{Sco}"' ist die
astronomische Bezeichnung für Antares, "`21"' ist dabei die sogenannte
Flamsteed-Nummer.  Für sehr kleine Sterne und für sehr südliche Sternbilder,
die Herr Flamsteed von London aus nicht sehen konnte, muss man die
Henry-Draper-Katalognummern benutzen:
\begin{lstlisting}[numbers=none,{columns=[l]flexible}]
set_label_text HD 128620 "\\footnotesize Toliman"        # Alpha Centauri
\end{lstlisting}
(Das Programm \emph{Celestia}~\cite{laurel:celestia} ermöglicht es, diese
Nummern für einen gegebenen Stern bequem herauszufinden.)


\subsection{Labelkollision vermeiden}

Eine wichtige Funktion von \PPthree\ ist die Vermeidung von Überlappungen von
Labels mit Himmelsobjekten, Linien oder anderen Labels.  Die Herangehensweise
dafür ist ein wenig von dem Zeilenumbruchalgorithmus von \TeX\ inspiriert:
\PPthree\ probiert die acht Positionen der Windrose um das jeweilige
Himmelsobjekt, das bezeichnet werden soll, aus, und berechnet für jede Position
eine Strafpunktezahl, die sich durch die verschiedenen möglichen Arten von
Überlappungen ergibt.  Die Position, die die geringste Strafpunktezahl
aufweisen kann, wird genommen.  Übersteigen diese Strafpunkte einen bestimmten
Wert, wird das Label unterdrückt.

Man kann diesen automatischen Mechanismus überstimmen durch explizite
Positionierungsangabe:
\begin{lstlisting}[numbers=none,{columns=[l]flexible}]
reposition ORI 34 E ;    # Mintaka
\end{lstlisting}
Diese Anweisung setzt das Label für den Stern Mintaka im Orion auf östliche
Position (also rechts).  Die acht möglichen Positionen werden mit den üblichen
englischen Abkürzungen der Windrose bezeichnet.

\nopagebreak Es zeigt sich, dass in der Praxis nur selten in diesen
automatischen Algorithmus zur Label-Erzeugung eingegriffen werden muss.

\subsection{Manuelle Labels}

Labels werden als einfache \LaTeX-Boxen in die Karte gedruckt.  Innerhalb
dieser Boxen kann man allerlei \LaTeX- und \pstricks-Tricksereien anwenden wie
in
\begin{lstlisting}[numbers=none,showstringspaces=false]
text "\\small Wolf 359\\hskip0.3em
      \\psdots[dotstyle=+,dotangle=45](0,0)"
     at 10.902 7.32 color 0.3 0.3 0.9333 towards NW ;
\end{lstlisting}
Dieses Kommando druckt ein kleines ,$\times$` an die Position des Sterns
Wolf~359 im Löwen und schreibt "`Wolf~359"' in einer grau-blauen Farbe oben
links daneben.

Das Kommando \lstinline|text| setzt grundsätzlich alle benutzerdefinierten
Labels.  Es folgt der Label-Text im \LaTeX-Format.  Das Schlüsselwort
\lstinline|at| leitet die Himmelskoordinaten ein, in diesem Fall $10^{\mathrm
  h}54^{\mathrm m}7{,}2^{\mathrm s}$ Rektaszension und $+7{,}32^\circ$
Deklination.  Es folgen optional die Farbe nach \lstinline|color| und die Lage
der Box nach \lstinline|towards|.

Im obigen Beispiel ist die Lage \lstinline|NW|, also oben links; das bedeutet,
dass die rechte untere Ecke der Box genau auf den gegebenen Himmelskoordinaten
liegt.  Daher kommt das \verb|\psdots|-Makro, das das ,$\times$` erzeugt, als
\emph{letztes} in der Reihe der \LaTeX-Befehle.

\begin{figure}
  \def\psftt#1 {\psfrag{#1}[c][c]{\textsf{#1}}}
  \psftt E \psftt NE \psftt N \psftt NW \psftt W \psftt SW \psftt S \psftt SE
  \psfrag{E!}[c][c]{\textsf{E\_}}
  \psfrag{W!}[c][c]{\textsf{W\_}}
  \centerline{\includegraphics{pp3rose}}
  \caption{\PPthree{}s Windrose und die
    sich ergebene Ausrichtung.  Der \ifppthreecolour rote \fi Punkt liegt
    jeweils exakt auf den Himmelskoordinaten.  Dieser Parameter kommt bei
    \lstinline|towards| und \lstinline|reposition| zum Einsatz.}
  \label{fig:windrose}
\end{figure}

Wäre die Lage z.\,B. "`\lstinline|towards N|"' gewesen, wäre die \emph{Mitte}
der unteren Kante der Box auf den Himmelskoordinaten zu liegen gekommen.  Die
Abbildung~\ref{fig:windrose} zeigt alle möglichen Parameter für
\lstinline|towards| und welche Ausrichtung sie bewirken.

Offensichtlich werden für \lstinline|NW| oder \lstinline|N| die äußersten
Boxgrenzen und nicht die Grundlinie als Bezug benutzt.  Es ist also i.\,a.\ für
den Trick mit dem ,$\times$` besser, "`\lstinline|towards W_|"' zu benutzen,
denn z.\,B.  der Sternname "`\mbox{Luyten 726-8}"' hat eine Unterlänge und
würde daher bei Angabe von "`\lstinline|NW|"' mitsamt dem ,$\times$` etwas nach
oben verschoben.

Wenn immer dieselben Konstrukte in den Labels vorkommen, ist es
selbstverständlich möglich und sinnvoll, daraus \LaTeX-Makros zu machen und
diese in eine benutzerdefinierte Präambel (s.\,u.)\ einzubauen.  Dann werden
die Labels etwas übersichtlicher.

\subsubsection{Gebogene Labels: Flexes}

\medskip Gerade in der Nähe der Himmelspole kann es graphisch ansprechend sein,
eine Bezeichnung nicht als ordinäre Box zu setzen, sondern als Schriftzug, der
auf einem Deklinationskreis ($\mathrel{\hat=}$~Breitenkreis) entlangläuft.  Das
\verb|pst-text|-Paket von \pstricks\ stellt einen solchen Spezialeffekt zur
Verfügung.  Das Problem besteht also nur darin, das entsprechende Fragment des
Deklinationskreises zu finden, insbesondere seine Länge zu bestimmen.
\PPthree\ kann sie wegen der nicht längentreuen Abbildung nur abschätzen, macht
es aber ganz ordentlich.  Das Ergebnis sind sogenannte Flex-Labels oder kurz
Flexes.  Man kann sie sehr schön für etwas längere Labels, z.\,B. die
Sternbildnamen, benutzen:
\begin{lstlisting}[numbers=none]
text "Ursa Major" at 12 30 along declination towards SE ;
\end{lstlisting}
Der einzige Unterschied ist also der Schlüsselausdruck
"`\lstinline|along declination|"'.

\begin{figure}
\centerline{\includegraphics{leo}}
\caption{Das Sternbild Löwe, mit verschiedenen Arten von Labels.}
\label{fig:leo}
\end{figure}

Als Beispiel für die Labels (und etwas mehr) gebe ich hier das Skript für das
Sternbild Löwe an, dessen Ergebnis man in Abbildung~\ref{fig:leo} sieht:
\begin{lstlisting}[showstringspaces=false,escapeinside=`',extendedchars=true]
# Leo, der Löwe

filename output `\texttt{leo.tex}'
filename include `\texttt{wiki.pp3}'`\label{lst:Include}'
switch eps_output on`\label{lst:EpsOutput}'

set constellation `\texttt{LEO}'
set center_rectascension 10.8 `\quad' set center_declination 20
set box_height 7 `\quad' set box_width 9

objects_and_labels`\label{lst:ObjectsAndLabels}'

reposition LEO 32 SE ;  # Regulus`\label{lst:Regulus}'
add_labels LEO 24 ;`\label{lst:AddLabels}'

text `\texttt{Leo}' at 10.55 27 along declination towards SE ;
text "Leo Minor" at 10.05 28.5 along declination towards NW ;
text "Ursa Major" at 12 30 along declination towards SE ;
text `\texttt{Virgo}' at 11.65 10 along declination towards SW ;

text "\\small Wolf 359\\hskip0.3em
    \\psdots[dotstyle=+,dotangle=45](0,0)" 
  at 10.902 7.32 color 0.3 0.3 0.9333 towards W_ ;
delete LEO 63  HD 97605 ;`\label{lst:Delete}'
\end{lstlisting}
Zeile~\ref{lst:Include} zeigt, wie man eine globale Stildatei einbinden kann:
Die Datei \verb|wiki.pp3| ist vom Aufbau her ein gewöhnliches Eingabeskript, in
dem Präambel, Farben, einige Sternbildnamen wie "`Regulus"' etc.\ gesetzt
werden.  So etwas ist sehr hilfreich, wenn man eine ganze Reihe von Karten für
ein Projekt erzeugt.

Zeile~\ref{lst:EpsOutput} weist \PPthree\ an, direkt dvips aufzurufen, um eine
EPS-Datei zu erzeugen.  Es existiert ein analoger Befehl für PDF\@.

In Zeile~\ref{lst:ObjectsAndLabels} wird der zweite Teil eingeläutet, in dem
Objekte und Labels eingestellt werden: Zeile~\ref{lst:Regulus} zieht den Namen
"`Regulus"' von der gestrichelten Ekliptiklinie weg, auf die \PPthree\ ihn
sonst gesetzt hätte.  Die Ekliptik nimmt bislang leider noch nicht an dem oben
erwähnten Strafpunkte-Schema teil.

Zeile~\ref{lst:AddLabels} fügt das Label von \Flamsteed{24}{Leo}
($\equiv\mathrm{\mu\,Leo}$) ein, das \PPthree\ standardmäßig unterdrückt hätte,
weil der Stern zu schwach ist.  Zeile~\ref{lst:Delete} schließlich macht etwas
dazu gegensätzliches: Da \Flamsteed{63}{Leo} und HD\,97605 dem Schriftzug
"`Wolf~359"' gefährlich nahe kämen, werden beide einfach aus der Karte
gelöscht.  Alternativ könnte man mit dem \verb|\colorbox|-Befehl den Schriftzug
auf einen weißen Hintergrund setzen.

\subsection{Koordinaten-Labels}

Manchmal besteht der Wunsch, die Gitterlinien des Koordinatensystems mit
automatisch generierten Labels zu beschriften.  Das können Befehle wie
\begin{lstlisting}
text "$#3$" at 0 20 along declination tics rectascension 1 towards N ;
text "$#5$" at 11 0 along declination tics declination 10 towards S ;
\end{lstlisting}
leisten.  Die \lstinline|tics|-Option sorgt für eine Vervielfältigung des
Labels mit der angegebenen Schrittweite.  In der ersten Zeile wird in Richtung
aufsteigender Rektaszension mit der Schrittweite~$1^{\mathrm h}$
vervielfältigt.  Da es mit dem Punkt $(0^{\mathrm h},20^\circ)$ losgeht, wird
also der $20^\circ$-Deklinationskreis beschriftet.

Die zweite Zeile macht das analog für den $11^{\mathrm
  h}$-Rektaszensions-Kreis.

Im Label selber kann man folgende Platzhalter benutzen: \verb|#1| ist die
Rektaszension, \verb|#2| die Deklination.  \verb|#3| sind die vollen Stunden
der Rektaszension, \verb|#4| die vollen Minuten.  Damit lassen sich Dinge wie
$11^{\mathrm h}20^{\mathrm m}$ realisieren.  \verb|#5| ist die auf eine ganze
Zahl gerundete Deklination mit Vorzeichen, z.\,B.~"`$+20$"'.

\subsection{\LaTeX-Präambel}

Es ist möglich, \PPthree\ eine \LaTeX-Präambel zu übergeben, die dann für die
Erstellung der Karte benutzt wird.  So kann man eigene Stile realisieren und
insbesondere für typographische Konsistenz zwischen den Karten und dem
Dokument, in das die Karten eingefügt werden sollen, sorgen.  Die bereits
erwähnte Datei \verb|wiki.pp3| des Löwe-Beispiels enthält z.\,B.
\begin{lstlisting}[numbers=none,escapeinside=`']
filename latex_preamble `\texttt{wiki.tex}'
\end{lstlisting}

\PPthree{}s \LaTeX-Dateien benutzen einige Hooks, in die man sich einhängen
kann, um globale Veränderungen vorzunehmen.  Die Datei \verb|wiki.tex| (die
somit auch für Abbildung~\ref{fig:leo} zum Einsatz kam) sieht beispielsweise so
aus:
\begin{lstlisting}[language={[LaTeX]TeX},escapeinside=`']
\usepackage[T1]{fontenc}
\usepackage{eulervm}
\renewcommand{\sfdefault}{phv}
\usepackage{relsize}
\renewcommand{\Messier}[1]{\footnotesize{\smaller M}\,#1}`\label{lst:Messier}'
\renewcommand{\NGC}[1]{\footnotesize{\smaller NGC}\,#1}`\label{lst:NGC}'
\renewcommand{\IC}[1]{\footnotesize{\smaller IC}\,#1}`\label{lst:IC}'
\renewcommand{\FlexLabel}[1]{{\bfseries #1}}`\label{lst:FlexLabel}'
\AtBeginDocument{\sffamily\boldmath}
\end{lstlisting}
Dabei sind \lstinline|\Messier|, \lstinline|\NGC|, \lstinline|\IC| und
\lstinline|\FlexLabel| in den Zeilen~\ref{lst:Messier}--\ref{lst:FlexLabel}
einige jener Hooks.  Ihnen wird im
Parameter~\lstinline[language={[LaTeX]TeX}]|#1| die Katalognummer bzw.\ der
Label-Text übergeben.  In diesem Beispiel sorgen sie dafür, daß Nebel-Label
klein und Katalogkürzel sogar noch etwas kleiner gedruckt werden.  Außerdem
werden alle Flexes halbfett.

Im aktuellen \PPthree{} existieren fünf weitere fest eingebaute Hooks.  Da
letztlich alles zu \LaTeX\ wird, kann man sich natürlich auch eigene Hooks
definieren.

\section{Interna}

\PPthree\ ist als Programm ein bunter Haufen aus vielen Einzelmodulen, allein
schon, weil eine Sternkarte aus vielen Arten von Objekten besteht.  Ich möchte
ein paar Dinge herausgreifen und etwas näher erläutern.

\subsection{Datenbanken}

\PPthree\ baut auf eigenen, recht kleinen Datenbanken auf.  Sie liegen allesamt
als Textdateien vor.  Es werden vier externe Datenkompilationen benutzt: der
BSC (Sterne), der NGC/IC (Nebel), der ``Catalogue of Constellation Boundary
Data'' (Sternbildgrenzen) und das Himmels-Panorama~\cite{mellinger}
(Milchstraße).  Bei den Sternbild-Linien habe ich die traditionellen Figuren,
die mir am besten gefielen, benutzt.

Die Originaldaten sind nicht Teil der Distribution.  Für alle vier Fälle habe
ich jeweils ein kleines Programm geschrieben, das die u.\,U. binären Daten in
Textdaten umwandelt, auf die relevanten Felder reduziert und eventuell noch in
anderer Weise aufbereitet.  Diese ``Digesters'' sind im CVS-Baum verfügbar,
aber nicht Teil der Distribution.  Es ist ziemlich einfach, \PPthree{}s Formate
selbst zu erzeugen.

%% Es war mir übrigens nicht immer möglich, die Lizenzbestimmungen für die
%% Original-Datenbanken, die für \PPthree\ aufbereitet wurden, in Erfahrung zu
%% bringen.  Angesichts der Art und Weise, wie diese Daten verteilt werden (und
%% insbesondere anderen Verteilungen einverleibt sind), bin ich dann von freier
%% Software ausgegangen.  Wo es ging, habe ich die freundliche Genehmigung des
%% Autors eingeholt.  Und in der Distribution werden alle Quellen genannt, so
%% genau ich es konnte.

\subsection{Kartenwurf}

\PPthree\ ist so aufgebaut, dass verschiedene Projektionen unterstützt werden
können, aber es ist de~facto nur eine einzige realisiert, nämlich die
äquidistante azimutale Projektion.  Sie stellt einen Kompromiss zwischen
Winkel- und Flächentreue dar und ist in der Astronomie sehr beliebt.  \PPthree\ 
dreht das Zentrum jeder Karte in den Zenit der Projektion (Punkt geringster
Verzerrung) und kann daher immer die bestmögliche Abbildung bieten.

\subsection{Milchstraße}

Die Milchstraße wird gezeichnet, indem eine Panorama-Bitmap~\cite{mellinger} in
Himmelskoordinaten\penalty10000--""Grauwert-Paare umgewandelt wurde, und dann
\PS-Kreise gezeichnet werden, die gerade so klein sind, dass garantiert keine
Lücken entstehen.

Das führt bei zu großer Vergrößerung oder hochauf"|lösender Ausgabe natürlich
zu Pixel-Effekten, aber für typische Ansichten ist das Ergebnis bei richtiger
Farbwahl ausgesprochen hübsch, zumal wenn man bedenkt, dass es sich immer noch
um Vektordaten handelt.  Als Seiteneffekt entstehen kleine Höfe um die sehr
hellen Sterne, aber das ist eher ein nettes Feature als ein Bug.

Für starke Vergrößerungen kann man natürlich noch hochauf"|lösendere
Milchstraßenbitmaps für \PPthree\ aufbereiten.  Allerdings lassen sich die für
größere Himmelsausschnitte nicht mehr verwenden, weil dann \TeX{}s Speicher
überläuft.  Schon jetzt ist es ratsam, für die Milchstraße den Hauptspeicher
von \TeX\ auf den implementationsspezifischen Maximalwert zu setzen.


\subsection{Label-Abmessungen}

Damit \PPthree\ Überlappungen von Labels erkennen kann, muss es wissen, wie
groß sie sind.  Dafür wird eine Datei namens \verb|labeldimens.dat| gelesen,
die alle Label-Abmessungen enthält.  Da diese Datei erstmal nicht existiert und
der Benutzer ja beliebige Labels hinzufügen kann, erzeugt \PPthree\ für alle
unbekannten Labels eine temporäre \LaTeX-Datei, die durch \LaTeX\ geschickt
wird und als Ergebnis statt einer DVI-Datei alle Label-Abmessungen an \PPthree\ 
zurückgibt.  Diese werden dann für zukünftige Durchläufe in
\verb|labeldimens.dat| gespeichert.

Die aktuell eingestellte \LaTeX-Präambel kommt natürlich auch bei der
Berechnung der Label-Abmessungen zum Einsatz.

Wenn man die globale Font-Konfiguration in irgendeiner Weise verändert, muss
man die Datei \verb|labeldimens.dat| im aktuellen Verzeichnis löschen, um eine
Neuberechnung zu erzwingen.


\section{Originaldokumentation von \PPthree}

Es würde den Rahmen dieses Artikels sprengen, alle möglichen Kommandos, die in
einer Skriptdatei benutzt werden können, aufzulisten.  Es existieren zahlreiche
Einstellmöglichkeiten für die Karte selber, die darzustellenden Objekte, die
Labels, die Strafpunkteberechnung, die Farben, die verschiedenen Hilfslinien
und noch mehr.\footnote{Insgesamt 14 Top-Level-Schlüsselworte, kombinierbar mit
  48 weiteren Schlüsselworten.}

Der C\texttt{++}-Quellcode von \PPthree\ ist in CWEB~\cite{Knuth_Levy2001}
geschrieben und daher sehr gut dokumentiert.  Eine umfassende Beschreibung des
Formates der Eingabeskripte findet sich auf den ersten Seiten des ge\TeX{}ten
Quellcodes, der als PDF auch von \PPthree{}s Homepage heruntergeladen werden
kann.  Leider existiert keine eigenständige Bedienungsanleitung oder ein
Tutorial, wenigstens aber eine (fast vollständige) Referenzkarte.

\subsection{Wikipedia-Beispielskripte}

Quasi als Entschädigung dafür sind Beispiel-Skripte von sämtlichen Sternbildern
Teil der Distribution von \PPthree.  Es handelt sich dabei um die Originale,
die bei der Erstellung der Sternbild-Karten des
Wikipedia-Projektes~\cite{wikipedia} zum Einsatz kamen.
        
\PPthree\ zeichnet für nahezu alle Sternkarten der englischen
Ausgabe\footnote{Und mittlerweile auch der französischen Ausgabe.  Ich bekam
  von einem Franzosen eine Übersetzungs-Tabelle, die mittels \texttt{sed} das
  Gröbste erledigt hat.  Der Rest hat nur drei Stunden gedauert, so dass auch
  dieser Test als bestanden angesehen werden kann.} dieser
Internet-Enzyklopädie verantwortlich, und hat sich dabei bewährt, auch, was den
erforderlichen Arbeitseinsatz angeht: Die meisten Skripte sind eher noch
einfacher als das Löwe-Beispiel von vorhin.  Zusammen mit einem kleinen
Gimp-Skript \cite{Gimp} lassen sich sogar die endgültigen Bitmap-Karten per
Makefile im Stapelbetrieb erstellen.


\section{Ausblick}

Folgende Erweiterungen von \PPthree\ könnten sich als nützlich erweisen:
\begin{itemize}
\item Ein Ephemeridenmodul, das die Darstellung von Sonne, Mond, Planeten etc.\ 
  in Abhängigkeit vom Datum zulässt.  (Es würde interessant, die Mondphasen mit
  \pstricks\ nachzuempfinden.)
\item Mehr Kartenprojektionen, insbesondere eine echte winkeltreue.
\item Die Ekliptik und die Gitterlinien in das Strafpunkte-Schema aufnehmen;
  sehr kleine Sterne, die sich mit Labels überlappen, automatisch entfernen.
\item Intern \PPthree\ auch für sehr große Datenbanken fitmachen.
\item Die Auf"|lösung der Milchstraße dynamisch so wählen, dass trotz extrem
  genauen Milchstraßendaten \TeX{}s Speicher nicht überläuft; eventuell auf
  Konturdaten umstellen.
%% \item Klären, ob
%%   \texttt{pdftricks}\,\cite{radhakrishnan:pdftricks}${}+{}$pdf\TeX\ besser
%%   geeignet ist, um PDFs zu erzeugen.
\item Kleine Bitmaps aus allen Labels machen, um die
  Unterschneidungs"=Parameter auszumessen.  Das "`$\eta$"' in
  Abbildung~\ref{fig:leo} beispielsweise sollte ein wenig näher an den Stern
  gerückt werden.
\end{itemize}

\section{Zusammenfassung}

Das Programm \PPthree\ ist gut geeignet, um Sternkarten für
populärwissenschaftliche Zwecke zu erzeugen.  Auch das Erstellen einer ganzen
Serie von Sternkarten ist relativ bequem möglich.  Die meisten Labels werden
automatisch erzeugt und positioniert.  In manuellen Labels stehen alle in einer
horizontalen Box erlaubten \LaTeX-Befehle zur Verfügung.  Das Layout lässt sich
in vielfältiger Weise beeinflussen, und insbesondere sind nachträgliche
Karten-übergreifende Stiländerungen kein Problem.

Die Schwächen sind die spartanische Dokumentation, das wenig intuitive und
etwas zerbrechliche Eingabeformat und der u.\,U. recht große Ressourcenhunger.

Die komplette \PPthree-Distribution steht unter einer Freie-Software-Lizenz.

\bibliography{dtk_pp3}

\endinput

%%% Local Variables: 
%%% mode: latex
%%% TeX-master: "dtk"
%%% End: 

% LocalWords:  page morecomment numbers left numberstyle keywords filename set
% LocalWords:  color switch off penalty objects and labels delete add label faq
% LocalWords:  reposition text along towards basicstyle fontadjust columns Ciel
% LocalWords:  string stringstyle style Torsten Bronger Public Domain Cartes
% LocalWords:  pdf output sco tex constellation center rectascension box height
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