RealXtend開源虛擬世界及其教育應(yīng)用

張艷紅

摘 ? 要：RealXtend是基于OpenSim開發(fā)的開源虛擬世界平臺，具有開源性、靈活性、可擴(kuò)展性等特點(diǎn)。由芬蘭奧盧大學(xué)網(wǎng)絡(luò)卓越中心主持的“未來學(xué)習(xí)環(huán)境”項(xiàng)目將RealXtend開源虛擬世界平臺應(yīng)用于教育教學(xué)過程，并已經(jīng)收到初步成效。這將對教育技術(shù)研究領(lǐng)域產(chǎn)生重要的理論與實(shí)踐意義。

關(guān)鍵詞：RealXtend;開源虛擬世界;教育應(yīng)用;芬蘭未來學(xué)習(xí)環(huán)境項(xiàng)目

隨著虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的發(fā)展，其在教育領(lǐng)域上的應(yīng)用已初見成效。目前，國內(nèi)發(fā)表的相關(guān)論文均是基于Second Life虛擬世界的教育應(yīng)用進(jìn)行研究。國外研究數(shù)據(jù)表明，“自2007年以來，對Second Life虛擬世界研究的論文數(shù)量直線攀升”[1]，但Second Life本身并不是開源的虛擬世界平臺。近年來，隨著開源虛擬世界技術(shù)不斷發(fā)展，“免費(fèi)的開源虛擬世界所創(chuàng)建的工具包不斷衍生，包括RealXtend，Unity 3D，Open Cobalt，OpenSim，Wonderland，Metaplace等”[2]。其中，RealXtend是基于OpenSim（開源多平臺多用戶的3D應(yīng)用服務(wù)平臺）開發(fā)的開源虛擬世界平臺。RealXtend項(xiàng)目提出了更多有新意和吸引力的虛擬世界概念和技術(shù)，比如支持直接導(dǎo)入3D模型到虛擬世界，隨意自定義“avatar”（化身）?！队h計(jì)算機(jī)技術(shù)大辭典》對“化身”的解釋為：“通常指男人或女人的普通圖片或動畫，用戶的照片或漫畫，動物的圖片或動畫，或是由用戶選擇的對象以描繪其在虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境中的‘身份”[3]。在虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境中，“avatar”通常被稱為“虛擬化身”，作為用戶的圖形表示方法。自從RealXtend加入OpenSim，“其針對Second Life的現(xiàn)有架構(gòu)提出了更具前瞻性的架構(gòu)，在avatar的形變能力和跨世界聯(lián)通管理上，開創(chuàng)性地提出了avatar2.0的框架體系?！盵4]

一、RealXtend的特點(diǎn)

（一）開源性

2007年，幾個小公司開始聯(lián)合開發(fā)一個共用技術(shù)基本庫，使其可以應(yīng)用于不同領(lǐng)域，包括虛擬世界、視頻游戲等。隨后，RealXend項(xiàng)目開始轉(zhuǎn)向開發(fā)一個免費(fèi)的開源虛擬世界平臺，使任何人都可以在該平臺創(chuàng)建自己的3D應(yīng)用。2008年，RealXtend發(fā)布了基于Second Life開發(fā)的瀏覽器，這是一個可運(yùn)行在Windows系統(tǒng)的開源瀏覽器，該瀏覽器還可應(yīng)用于OpenSim服務(wù)器。2009年末，受林登實(shí)驗(yàn)室（Second Life研發(fā)實(shí)驗(yàn)室）瀏覽器開發(fā)的許可限制，RealXtend開始開發(fā)第二代瀏覽器——北極狐（Naali），并致力于使其成為廣泛應(yīng)用的虛擬世界瀏覽器。2010年，RealXtend開始建立源于OpenSim服務(wù)器的軟件套件——Taiga服務(wù)器模塊?！安煌贠penSim，Taiga打包和整合了ModRex和ModCableBeach應(yīng)用”[5]，MoRrex在OpenSim上運(yùn)行，管理實(shí)時托管的3D應(yīng)用，使服務(wù)器管理更靈活;ModCableBeach則管理聯(lián)合認(rèn)證和內(nèi)容分發(fā)。由于Naali瀏覽器的開發(fā)進(jìn)展比較順利，2010年秋，開發(fā)人員為其增加了一個服務(wù)器模塊，并命名為“Tundra”[6]。Tundra是基于Naali代碼的輕量型服務(wù)器模塊，即Naali的一般應(yīng)用模塊。它有較強(qiáng)的場景設(shè)計(jì)功能，可以說是Naali的新名[7]。有了Tundra模塊，Naali可以脫機(jī)運(yùn)行，即可離線瀏覽網(wǎng)絡(luò)內(nèi)容。盡管Tundra和Taiga有區(qū)別，但它們?nèi)杂幸欢ǖ摹跋嗨菩浴盵8]，而且這兩個模塊已開始支持許多特制軟件。Tundra SDK是一個完整的3D多用戶應(yīng)用軟件開發(fā)工具包，既可脫機(jī)應(yīng)用，又可應(yīng)用于互聯(lián)網(wǎng)。它分為Tundra核心和附加插件，還有應(yīng)用層的特制開發(fā)工具。2011年初，為了進(jìn)一步合作以及創(chuàng)建開放式的開發(fā)環(huán)境，RealXtend聯(lián)盟建立。該聯(lián)盟的“目標(biāo)是建立一個完全開放的3D虛擬世界標(biāo)準(zhǔn)和開源軟件，以消除專有軟件的壁壘，建立廣泛應(yīng)用的3D虛擬世界”[9]。自此，RealXtend成為獨(dú)立的平臺。通過優(yōu)化技術(shù)和完全免費(fèi)的措施，RealXtend加速了全球三維虛擬世界互聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)化的發(fā)展。用戶無需為平臺付費(fèi)，只需關(guān)注和開發(fā)虛擬世界的內(nèi)容，使用RealXtend就可以創(chuàng)建自己的多用戶三維網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用，而且沒有附帶條件地免除版稅。RealXtend平臺是完全開放的源碼，采用C/S結(jié)構(gòu)。目前，在RealXtend官網(wǎng)可免費(fèi)下載Tundra2.5.2版，支持MacOS X64位系統(tǒng)、Windows 64/32位系統(tǒng)，還支持舊版Naali 瀏覽器和Taiga包。

（二）靈活性

RealXtend平臺追求的目標(biāo)是用戶可以自由靈活地編輯虛擬世界，即用戶可以在本地靈活編輯代碼，隨后發(fā)布。相對而言，Second Life所有的編輯和添加功能在遠(yuǎn)程服務(wù)端運(yùn)作，客戶端只起到與服務(wù)器交互的作用。Naali和Tundra完全是獨(dú)立工作模式，沒有為本地編輯設(shè)置一個分離的OpenSim服務(wù)器，這就類似終端用戶通過編輯html、CSS、Javascript代碼在本地制作html網(wǎng)頁，然后拷貝文件到網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器來發(fā)布網(wǎng)頁一樣。Tundra可以從本地文件開放場景來展示三維景觀，簡化物體和創(chuàng)建場景，使圖像紋理、三維模式和腳本的變化在最終表單迅速更新，無需上傳至虛擬世界的系統(tǒng)中。雖然一些非開源的虛擬世界平臺（如Second Life，There.com和Active Worlds）為我們創(chuàng)建了一個個虛擬世界，但這些虛擬世界在用戶進(jìn)入前已預(yù)設(shè)好，用戶無法定制虛擬世界。RealXtend技術(shù)開發(fā)者托妮·阿拉塔絡(luò)認(rèn)為，“RealXtend還是需要一個開源的虛擬世界引擎，它是靈活的，并在某種程度上使虛擬世界可以定制，而這是那些非開源的虛擬世界做不到的”[10]。RealXtend提供虛擬世界引擎，使虛擬世界的追隨者和用戶可以定制或創(chuàng)建自己的虛擬世界。開源虛擬世界的關(guān)鍵產(chǎn)品是服務(wù)器引擎和客戶端組件。任何人都可以安裝、配置和管理服務(wù)器引擎，創(chuàng)建自己的虛擬世界，就像創(chuàng)建Apache Web服務(wù)器那樣。與Web服務(wù)器不同的是，虛擬世界服務(wù)器是三維虛擬世界的數(shù)據(jù)與內(nèi)容服務(wù)器，并且可以由管理員定制?？蛻舳私M件可與任何兼容的虛擬世界服務(wù)器交互，以提供該虛擬世界的內(nèi)容給用戶虛擬化身，用戶虛擬化身可在虛擬世界內(nèi)進(jìn)行移動、通訊等活動。開源虛擬世界就好比現(xiàn)在的網(wǎng)絡(luò)，用戶可以定義超鏈接指向全世界范圍內(nèi)任何運(yùn)行在虛擬世界服務(wù)器上的虛擬世界;虛擬化身可以使用超鏈接移動到其他虛擬世界，并服從其他虛擬世界的控制邏輯。

（三）可擴(kuò)展性

RealXtend平臺的最終目標(biāo)是利用其開源性和靈活編輯代碼的特性使其具有可擴(kuò)展性，即虛擬平臺根據(jù)特定的應(yīng)用需求，具有動態(tài)添加和刪除的功能，其方法類似網(wǎng)絡(luò)瀏覽器，即任一客戶端可以從服務(wù)器下載數(shù)據(jù)和可執(zhí)行代碼，使客戶端應(yīng)用可以實(shí)施自定義行為。這一特點(diǎn)就使RealXtend成為通用平臺，用戶可以使用同一個瀏覽器連接任一服務(wù)器，虛擬世界的三維場景和相關(guān)的自定義javascript代碼從web服務(wù)器下載后在本地執(zhí)行，這樣一來，特定的行為得以執(zhí)行。RealXtend擴(kuò)展性與其“實(shí)體-組件-動作”（Entity-Component-Action，ECA）架構(gòu)有關(guān)。RealXtend平臺采用ECA架構(gòu)，簡單實(shí)用，并且功能強(qiáng)大，極具擴(kuò)展性，使虛擬世界的基本元素（如虛擬化身）被看作擴(kuò)充式附件，由此使整個架構(gòu)可以適用于更廣泛的虛擬世界?？蓴U(kuò)展的三維場景架構(gòu)獨(dú)立于任一虛擬平臺運(yùn)行。Naali瀏覽器是虛擬世界瀏覽器，也是創(chuàng)建可擴(kuò)展場景的基礎(chǔ)，可連接Second Life，OpenSim或RealXtend自己的Tundra服務(wù)器，并可在Windows，Linux，Mac等系統(tǒng)和其他移動平臺運(yùn)行。在RealXtend中，三維場景由其實(shí)體定義，虛擬世界平臺層中沒有對三維場景的硬編碼。這一點(diǎn)不同于現(xiàn)在Second Life協(xié)議使用的OpenSim范式，Second Life的模型大部分被預(yù)定義并且在平臺中已經(jīng)硬編碼。Second Life中總是存在著特定的土地（帶有紋理的高度圖）、海洋、天空、太陽等場景元素，用戶對虛擬化身的控制也是計(jì)劃好的。

二、應(yīng)用實(shí)例：芬蘭未來學(xué)習(xí)環(huán)境項(xiàng)目

由于RealXtend架構(gòu)的前瞻性，其技術(shù)發(fā)展獲得了諾基亞、英特爾等公司的支持，這加快了三維虛擬世界互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，并將對人們未來的生活和學(xué)習(xí)方式產(chǎn)生重要影響。RealXtend聯(lián)盟與芬蘭奧盧大學(xué)（Oulu University）互聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)新研究部門“網(wǎng)絡(luò)卓越中心”（Center for Internet Excellence，CIE）合作研究RealXtend在教育中的應(yīng)用。自2010年開始，CIE負(fù)責(zé)芬蘭“未來學(xué)習(xí)環(huán)境”（Tulevaisuuden OppimisYmp？覿rist？觟，TOY）項(xiàng)目。此項(xiàng)目由芬蘭教育技術(shù)學(xué)者帕西（Pasi Mattila）和教育管理者尤卡（Jukka Miettunen）主持，將教育創(chuàng)新與開源虛擬世界平臺結(jié)合起來，旨在利用RealXtend創(chuàng)建類似三維游戲的學(xué)習(xí)環(huán)境，“促進(jìn)教室與虛擬學(xué)習(xí)社區(qū)空間的建立，由此重新反思學(xué)習(xí)技術(shù)和學(xué)習(xí)環(huán)境、學(xué)習(xí)支持服務(wù)、教師專業(yè)化和領(lǐng)導(dǎo)力等，向?qū)W習(xí)者提供開闊的網(wǎng)絡(luò)空間，為協(xié)作學(xué)習(xí)和個別化學(xué)習(xí)提供適應(yīng)性良好的學(xué)習(xí)空間”[11]。TOY項(xiàng)目從芬蘭的小學(xué)、初中和高中分別選擇了一所學(xué)校作為項(xiàng)目實(shí)驗(yàn)學(xué)校開展研究，即壺山小學(xué)（Patam？覿ki Primary School）、北國莊園初中（Pohjankartano Lower Secondary School）和卡里亞西爾塔高中（Karjasilta Upper Secondary School）。

（一）壺山小學(xué)的虛擬學(xué)校英語學(xué)習(xí)實(shí)踐

CIE和RealXtend項(xiàng)目組為壺山小學(xué)10～12歲學(xué)生建立虛擬學(xué)校，提供英語學(xué)習(xí)環(huán)境。首先，項(xiàng)目組為虛擬學(xué)校創(chuàng)建了多種動物和植物模型。參與項(xiàng)目的兒童對虛擬學(xué)校里的物體非常感興趣，并積極參與其中，這體現(xiàn)在學(xué)生對虛擬學(xué)校的許多體驗(yàn)用語上。例如，學(xué)生發(fā)出的各種感嘆：“可愛的小豬”“哇，你可以飛了”等。CIE在對學(xué)生的訪談中發(fā)現(xiàn)，在虛擬學(xué)校里，最吸引學(xué)生的物體是大樹和豬。學(xué)生希望能與所有有生命的實(shí)體進(jìn)一步交互，如與豬交談、騎在豬上等。其次，CIE在虛擬學(xué)校開始實(shí)施英語學(xué)習(xí)實(shí)踐方案，給學(xué)生分組安排實(shí)踐任務(wù)，讓學(xué)生分組協(xié)作學(xué)習(xí)英語。經(jīng)調(diào)查訪談發(fā)現(xiàn)，這一階段學(xué)生的學(xué)習(xí)體驗(yàn)是積極的，所有學(xué)生都認(rèn)為在虛擬學(xué)校學(xué)習(xí)英語簡單又有趣。他們驚奇地發(fā)現(xiàn)自己虛擬化身的形象可以有許多不同的選擇，如有很多不同的眉毛、皮膚、胡子等。學(xué)生積極參與學(xué)習(xí)任務(wù)，既協(xié)作又競爭。他們意識到，做任務(wù)的時候就是他們開展競爭的時候。所有學(xué)生都認(rèn)為，虛擬學(xué)校有效地幫助了他們學(xué)習(xí)英語單詞和句子。在語言學(xué)習(xí)方面，人們普遍認(rèn)為，虛擬學(xué)校有助于語言學(xué)習(xí)，因?yàn)閷W(xué)生可以與來自不同文化和語言環(huán)境的人相互交流。

（二）北國莊園初中的虛擬學(xué)習(xí)社區(qū)

CIE為北國莊園初中學(xué)生提供虛擬學(xué)習(xí)社區(qū)。與應(yīng)用于壺山小學(xué)的虛擬學(xué)校項(xiàng)目不同的是，應(yīng)用于北國莊園初中的項(xiàng)目不是在虛擬世界中開展教與學(xué)，而是在改變學(xué)校物理環(huán)境的基礎(chǔ)上，利用多樣化技術(shù)使虛擬學(xué)習(xí)環(huán)境的建設(shè)與物理環(huán)境的改變相配合。因此，此次項(xiàng)目應(yīng)用旨在通過使用RealXtend虛擬學(xué)習(xí)社區(qū)改善現(xiàn)實(shí)的學(xué)習(xí)環(huán)境，增強(qiáng)虛擬現(xiàn)實(shí)（AR）在校園建設(shè)中的應(yīng)用。美國三維虛擬環(huán)境設(shè)計(jì)專家（Jon Brouchoud）認(rèn)為：“如果有人愿意在建學(xué)校建筑物前嘗試建立多用戶的、在線的虛擬建筑物，使真實(shí)建筑視覺化，這應(yīng)該是‘未來學(xué)校的概念，與虛擬世界平臺RealXtend一樣具有前沿性。而且，這既是低成本高效益的方式，也是一個發(fā)展中的三維軟件應(yīng)用的概念”[12]。在項(xiàng)目初始階段，CIE與北國莊園初中的校園建筑師、教育專家、教職工和學(xué)生一起工作，介紹新的教育理念，包括InnoLobby概念，寓意為“創(chuàng)新的環(huán)境”，目的是將傳統(tǒng)的學(xué)生休息室轉(zhuǎn)變?yōu)楝F(xiàn)代的學(xué)習(xí)環(huán)境和學(xué)生學(xué)習(xí)聚集的社區(qū)。同時，他們將已有的學(xué)生咖啡廳進(jìn)行改造，使學(xué)生可以更便利地使用電子社交媒體。例如，為咖啡廳裝配現(xiàn)代家具和采用新技術(shù)的地板，學(xué)生可以使用個人筆記本電腦、諾基亞聯(lián)網(wǎng)掌上機(jī)、數(shù)碼相機(jī)、Sanako學(xué)習(xí)軟件、微軟Surface平板、Round Table攝像機(jī)等。CIE努力將設(shè)計(jì)的學(xué)習(xí)環(huán)境草圖和InnoLobby概念轉(zhuǎn)變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)的學(xué)習(xí)環(huán)境。信息管理系統(tǒng)包括媒體墻、學(xué)習(xí)游戲解決方案、移動音樂課堂、Binder移動觀察工具等。CIE負(fù)責(zé)人帕西認(rèn)為，“我們在規(guī)劃、設(shè)計(jì)和裝修學(xué)習(xí)環(huán)境中產(chǎn)生了新的想法。通過與奧盧市的Archeus建筑公司一起工作，通過建筑草圖和InnoLobby概念的實(shí)現(xiàn)，我們從學(xué)習(xí)環(huán)境和相關(guān)理念中學(xué)到了許多”[13]。但是，在虛擬學(xué)校環(huán)境的建設(shè)上，CIE沒有以現(xiàn)存的任一建筑作為參照模型，而是根據(jù)學(xué)習(xí)環(huán)境設(shè)計(jì)的理念，使虛擬學(xué)習(xí)場所更理想化。