RealXtend開源虛擬世界及其教育應用

張艷紅

摘 ? 要：RealXtend是基于OpenSim開發的開源虛擬世界平臺，具有開源性、靈活性、可擴展性等特點。由芬蘭奧盧大學網絡卓越中心主持的“未來學習環境”項目將RealXtend開源虛擬世界平臺應用于教育教學過程，并已經收到初步成效。這將對教育技術研究領域產生重要的理論與實踐意義。

關鍵詞：RealXtend;開源虛擬世界;教育應用;芬蘭未來學習環境項目

隨著虛擬現實技術的發展，其在教育領域上的應用已初見成效。目前，國內發表的相關論文均是基于Second Life虛擬世界的教育應用進行研究。國外研究數據表明，“自2007年以來，對Second Life虛擬世界研究的論文數量直線攀升”[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不斷發展，“免費的開源虛擬世界所創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應用服務平臺）開發的開源虛擬世界平臺。RealXtend項目提出了更多有新意和吸引力的虛擬世界概念和技術，比如支持直接導入3D模型到虛擬世界，隨意自定義“avatar”（化身）。《英漢計算機技術大辭典》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實環境中的‘身份”[3]。在虛擬現實環境中，“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的現有架構提出了更具前瞻性的架構，在avatar的形變能力和跨世界聯通管理上，開創性地提出了avatar2.0的框架體系。”[4]

一、RealXtend的特點

（一）開源性

2007年，幾個小公司開始聯合開發一個共用技術基本庫，使其可以應用于不同領域，包括虛擬世界、視頻游戲等。隨后，RealXend項目開始轉向開發一個免費的開源虛擬世界平臺，使任何人都可以在該平臺創建自己的3D應用。2008年，RealXtend發布了基于Second Life開發的瀏覽器，這是一個可運行在Windows系統的開源瀏覽器，該瀏覽器還可應用于OpenSim服務器。2009年末，受林登實驗室（Second Life研發實驗室）瀏覽器開發的許可限制，RealXtend開始開發第二代瀏覽器——北極狐（Naali），并致力于使其成為廣泛應用的虛擬世界瀏覽器。2010年，RealXtend開始建立源于OpenSim服務器的軟件套件——Taiga服務器模塊。“不同于OpenSim，Taiga打包和整合了ModRex和ModCableBeach應用”[5]，MoRrex在OpenSim上運行，管理實時托管的3D應用，使服務器管理更靈活;ModCableBeach則管理聯合認證和內容分發。由于Naali瀏覽器的開發進展比較順利，2010年秋，開發人員為其增加了一個服務器模塊，并命名為“Tundra”[6]。Tundra是基于Naali代碼的輕量型服務器模塊，即Naali的一般應用模塊。它有較強的場景設計功能，可以說是Naali的新名[7]。有了Tundra模塊，Naali可以脫機運行，即可離線瀏覽網絡內容。盡管Tundra和Taiga有區別，但它們仍有一定的“相似性”[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多用戶應用軟件開發工具包，既可脫機應用，又可應用于互聯網。它分為Tundra核心和附加插件，還有應用層的特制開發工具。2011年初，為了進一步合作以及創建開放式的開發環境，RealXtend聯盟建立。該聯盟的“目標是建立一個完全開放的3D虛擬世界標準和開源軟件，以消除專有軟件的壁壘，建立廣泛應用的3D虛擬世界”[9]。自此，RealXtend成為獨立的平臺。通過優化技術和完全免費的措施，RealXtend加速了全球三維虛擬世界互聯網標準化的發展。用戶無需為平臺付費，只需關注和開發虛擬世界的內容，使用RealXtend就可以創建自己的多用戶三維網絡應用，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結構。目前，在RealXtend官網可免費下載Tundra2.5.2版，支持MacOS X64位系統、Windows 64/32位系統，還支持舊版Naali 瀏覽器和Taiga包。

（二）靈活性

RealXtend平臺追求的目標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，隨后發布。相對而言，Second Life所有的編輯和添加功能在遠程服務端運作，客戶端只起到與服務器交互的作用。Naali和Tundra完全是獨立工作模式，沒有為本地編輯設置一個分離的OpenSim服務器，這就類似終端用戶通過編輯html、CSS、Javascript代碼在本地制作html網頁，然后拷貝文件到網絡服務器來發布網頁一樣。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）為我們創建了一個個虛擬世界，但這些虛擬世界在用戶進入前已預設好，用戶無法定制虛擬世界。RealXtend技術開發者托妮·阿拉塔絡認為，“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建自己的虛擬世界。開源虛擬世界的關鍵產品是服務器引擎和客戶端組件。任何人都可以安裝、配置和管理服務器引擎，創建自己的虛擬世界，就像創建Apache Web服務器那樣。與Web服務器不同的是，虛擬世界服務器是三維虛擬世界的數據與內容服務器，并且可以由管理員定制。客戶端組件可與任何兼容的虛擬世界服務器交互，以提供該虛擬世界的內容給用戶虛擬化身，用戶虛擬化身可在虛擬世界內進行移動、通訊等活動。開源虛擬世界就好比現在的網絡，用戶可以定義超鏈接指向全世界范圍內任何運行在虛擬世界服務器上的虛擬世界;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）可擴展性

RealXtend平臺的最終目標是利用其開源性和靈活編輯代碼的特性使其具有可擴展性，即虛擬平臺根據特定的應用需求，具有動態添加和刪除的功能，其方法類似網絡瀏覽器，即任一客戶端可以從服務器下載數據和可執行代碼，使客戶端應用可以實施自定義行為。這一特點就使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器，虛擬世界的三維場景和相關的自定義javascript代碼從web服務器下載后在本地執行，這樣一來，特定的行為得以執行。RealXtend擴展性與其“實體-組件-動作”（Entity-Component-Action，ECA）架構有關。RealXtend平臺采用ECA架構，簡單實用，并且功能強大，極具擴展性，使虛擬世界的基本元素（如虛擬化身）被看作擴充式附件，由此使整個架構可以適用于更廣泛的虛擬世界。可擴展的三維場景架構獨立于任一虛擬平臺運行。Naali瀏覽器是虛擬世界瀏覽器，也是創建可擴展場景的基礎，可連接Second Life，OpenSim或RealXtend自己的Tundra服務器，并可在Windows，Linux，Mac等系統和其他移動平臺運行。在RealXtend中，三維場景由其實體定義，虛擬世界平臺層中沒有對三維場景的硬編碼。這一點不同于現在Second Life協議使用的OpenSim范式，Second Life的模型大部分被預定義并且在平臺中已經硬編碼。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劃好的。

二、應用實例：芬蘭未來學習環境項目

由于RealXtend架構的前瞻性，其技術發展獲得了諾基亞、英特爾等公司的支持，這加快了三維虛擬世界互聯網的發展，并將對人們未來的生活和學習方式產生重要影響。RealXtend聯盟與芬蘭奧盧大學（Oulu University）互聯網創新研究部門“網絡卓越中心”（Center for Internet Excellence，CIE）合作研究RealXtend在教育中的應用。自2010年開始，CIE負責芬蘭“未來學習環境”（Tulevaisuuden OppimisYmp？覿rist？觟，TOY）項目。此項目由芬蘭教育技術學者帕西（Pasi Mattila）和教育管理者尤卡（Jukka Miettunen）主持，將教育創新與開源虛擬世界平臺結合起來，旨在利用RealXtend創建類似三維游戲的學習環境，“促進教室與虛擬學習社區空間的建立，由此重新反思學習技術和學習環境、學習支持服務、教師專業化和領導力等，向學習者提供開闊的網絡空間，為協作學習和個別化學習提供適應性良好的學習空間”[11]。TOY項目從芬蘭的小學、初中和高中分別選擇了一所學校作為項目實驗學校開展研究，即壺山小學（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）壺山小學的虛擬學校英語學習實踐

CIE和RealXtend項目組為壺山小學10～12歲學生建立虛擬學校，提供英語學習環境。首先，項目組為虛擬學校創建了多種動物和植物模型。參與項目的兒童對虛擬學校里的物體非常感興趣，并積極參與其中，這體現在學生對虛擬學校的許多體驗用語上。例如，學生發出的各種感嘆：“可愛的小豬”“哇，你可以飛了”等。CIE在對學生的訪談中發現，在虛擬學校里，最吸引學生的物體是大樹和豬。學生希望能與所有有生命的實體進一步交互，如與豬交談、騎在豬上等。其次，CIE在虛擬學校開始實施英語學習實踐方案，給學生分組安排實踐任務，讓學生分組協作學習英語。經調查訪談發現，這一階段學生的學習體驗是積極的，所有學生都認為在虛擬學校學習英語簡單又有趣。他們驚奇地發現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。學生積極參與學習任務，既協作又競爭。他們意識到，做任務的時候就是他們開展競爭的時候。所有學生都認為，虛擬學校有效地幫助了他們學習英語單詞和句子。在語言學習方面，人們普遍認為，虛擬學校有助于語言學習，因為學生可以與來自不同文化和語言環境的人相互交流。

（二）北國莊園初中的虛擬學習社區

CIE為北國莊園初中學生提供虛擬學習社區。與應用于壺山小學的虛擬學校項目不同的是，應用于北國莊園初中的項目不是在虛擬世界中開展教與學，而是在改變學校物理環境的基礎上，利用多樣化技術使虛擬學習環境的建設與物理環境的改變相配合。因此，此次項目應用旨在通過使用RealXtend虛擬學習社區改善現實的學習環境，增強虛擬現實（AR）在校園建設中的應用。美國三維虛擬環境設計專家（Jon Brouchoud）認為：“如果有人愿意在建學校建筑物前嘗試建立多用戶的、在線的虛擬建筑物，使真實建筑視覺化，這應該是‘未來學校的概念，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，也是一個發展中的三維軟件應用的概念”[12]。在項目初始階段，CIE與北國莊園初中的校園建筑師、教育專家、教職工和學生一起工作，介紹新的教育理念，包括InnoLobby概念，寓意為“創新的環境”，目的是將傳統的學生休息室轉變為現代的學習環境和學生學習聚集的社區。同時，他們將已有的學生咖啡廳進行改造，使學生可以更便利地使用電子社交媒體。例如，為咖啡廳裝配現代家具和采用新技術的地板，學生可以使用個人筆記本電腦、諾基亞聯網掌上機、數碼相機、Sanako學習軟件、微軟Surface平板、Round Table攝像機等。CIE努力將設計的學習環境草圖和InnoLobby概念轉變為現實的學習環境。信息管理系統包括媒體墻、學習游戲解決方案、移動音樂課堂、Binder移動觀察工具等。CIE負責人帕西認為，“我們在規劃、設計和裝修學習環境中產生了新的想法。通過與奧盧市的Archeus建筑公司一起工作，通過建筑草圖和InnoLobby概念的實現，我們從學習環境和相關理念中學到了許多”[13]。但是，在虛擬學校環境的建設上，CIE沒有以現存的任一建筑作為參照模型，而是根據學習環境設計的理念，使虛擬學習場所更理想化。