RealXtend开源虚拟世界及其教育应用

张艳红

摘   要：RealXtend是基于OpenSim开发的开源虚拟世界平台，具有开源性、灵活性、可扩展性等特点。由芬兰奧卢大学网络卓越中心主持的“未来学习环境”项目将RealXtend开源虚拟世界平台应用于教育教学过程，并已经收到初步成效。这将对教育技术研究领域产生重要的理论与实践意义。

关键词：RealXtend;开源虚拟世界;教育应用;芬兰未来学习环境项目

随着虚拟现实技术的发展，其在教育领域上的应用已初见成效。目前，国内发表的相关论文均是基于Second Life虚拟世界的教育应用进行研究。国外研究数据表明，“自2007年以来，对Second Life虚拟世界研究的论文数量直线攀升”[1]，但Second Life本身并不是开源的虚拟世界平台。近年来，随着开源虚拟世界技术不断发展，“免费的开源虚拟世界所创建的工具包不断衍生，包括RealXtend，Unity 3D，Open Cobalt，OpenSim，Wonderland，Metaplace等”[2]。其中，RealXtend是基于OpenSim（开源多平台多用户的3D应用服务平台）开发的开源虚拟世界平台。RealXtend项目提出了更多有新意和吸引力的虚拟世界概念和技术，比如支持直接导入3D模型到虚拟世界，随意自定义“avatar”（化身）。《英汉计算机技术大辞典》对“化身”的解释为：“通常指男人或女人的普通图片或动画，用户的照片或漫画，动物的图片或动画，或是由用户选择的对象以描绘其在虚拟现实环境中的‘身份”[3]。在虚拟现实环境中，“avatar”通常被称为“虚拟化身”，作为用户的图形表示方法。自从RealXtend加入OpenSim，“其针对Second Life的现有架构提出了更具前瞻性的架构，在avatar的形变能力和跨世界联通管理上，开创性地提出了avatar2.0的框架体系。”[4]

一、RealXtend的特点

（一）开源性

2007年，几个小公司开始联合开发一个共用技术基本库，使其可以应用于不同领域，包括虚拟世界、视频游戏等。随后，RealXend项目开始转向开发一个免费的开源虚拟世界平台，使任何人都可以在该平台创建自己的3D应用。2008年，RealXtend发布了基于Second Life开发的浏览器，这是一个可运行在Windows系统的开源浏览器，该浏览器还可应用于OpenSim服务器。2009年末，受林登实验室（Second Life研发实验室）浏览器开发的许可限制，RealXtend开始开发第二代浏览器——北极狐（Naali），并致力于使其成为广泛应用的虚拟世界浏览器。2010年，RealXtend开始建立源于OpenSim服务器的软件套件——Taiga服务器模块。“不同于OpenSim，Taiga打包和整合了ModRex和ModCableBeach应用”[5]，MoRrex在OpenSim上运行，管理实时托管的3D应用，使服务器管理更灵活;ModCableBeach则管理联合认证和内容分发。由于Naali浏览器的开发进展比较顺利，2010年秋，开发人员为其增加了一个服务器模块，并命名为“Tundra”[6]。Tundra是基于Naali代码的轻量型服务器模块，即Naali的一般应用模块。它有较强的场景设计功能，可以说是Naali的新名[7]。有了Tundra模块，Naali可以脱机运行，即可离线浏览网络内容。尽管Tundra和Taiga有区别，但它们仍有一定的“相似性”[8]，而且这两个模块已开始支持许多特制软件。Tundra SDK是一个完整的3D多用户应用软件开发工具包，既可脱机应用，又可应用于互联网。它分为Tundra核心和附加插件，还有应用层的特制开发工具。2011年初，为了进一步合作以及创建开放式的开发环境，RealXtend联盟建立。该联盟的“目标是建立一个完全开放的3D虚拟世界标准和开源软件，以消除专有软件的壁垒，建立广泛应用的3D虚拟世界”[9]。自此，RealXtend成为独立的平台。通过优化技术和完全免费的措施，RealXtend加速了全球三维虚拟世界互联网标准化的发展。用户无需为平台付费，只需关注和开发虚拟世界的内容，使用RealXtend就可以创建自己的多用户三维网络应用，而且没有附带条件地免除版税。RealXtend平台是完全开放的源码，采用C/S结构。目前，在RealXtend官网可免费下载Tundra2.5.2版，支持MacOS X64位系统、Windows 64/32位系统，还支持旧版Naali 浏览器和Taiga包。

（二）灵活性

RealXtend平台追求的目标是用户可以自由灵活地编辑虚拟世界，即用户可以在本地灵活编辑代码，随后发布。相对而言，Second Life所有的编辑和添加功能在远程服务端运作，客户端只起到与服务器交互的作用。Naali和Tundra完全是独立工作模式，没有为本地编辑设置一个分离的OpenSim服务器，这就类似终端用户通过编辑html、CSS、Javascript代码在本地制作html网页，然后拷贝文件到网络服务器来发布网页一样。Tundra可以从本地文件开放场景来展示三维景观，简化物体和创建场景，使图像纹理、三维模式和脚本的变化在最终表单迅速更新，无需上传至虚拟世界的系统中。虽然一些非开源的虚拟世界平台（如Second Life，There.com和Active Worlds）为我们创建了一个个虚拟世界，但这些虚拟世界在用户进入前已预设好，用户无法定制虚拟世界。RealXtend技术开发者托妮·阿拉塔络认为，“RealXtend还是需要一个开源的虚拟世界引擎，它是灵活的，并在某种程度上使虚拟世界可以定制，而这是那些非开源的虚拟世界做不到的”[10]。RealXtend提供虚拟世界引擎，使虚拟世界的追随者和用户可以定制或创建自己的虚拟世界。开源虚拟世界的关键产品是服务器引擎和客户端组件。任何人都可以安装、配置和管理服务器引擎，创建自己的虚拟世界，就像创建Apache Web服务器那样。与Web服务器不同的是，虚拟世界服务器是三维虚拟世界的数据与内容服务器，并且可以由管理员定制。客户端组件可与任何兼容的虚拟世界服务器交互，以提供该虚拟世界的内容给用户虚拟化身，用户虚拟化身可在虚拟世界内进行移动、通讯等活动。开源虚拟世界就好比现在的网络，用户可以定义超链接指向全世界范围内任何运行在虚拟世界服务器上的虚拟世界;虚拟化身可以使用超链接移动到其他虚拟世界，并服从其他虚拟世界的控制逻辑。

（三）可扩展性

RealXtend平台的最终目标是利用其开源性和灵活编辑代码的特性使其具有可扩展性，即虚拟平台根据特定的应用需求，具有动态添加和删除的功能，其方法类似网络浏览器，即任一客户端可以从服务器下载数据和可执行代码，使客户端应用可以实施自定义行为。这一特点就使RealXtend成为通用平台，用户可以使用同一个浏览器连接任一服务器，虚拟世界的三维场景和相关的自定义javascript代码从web服务器下载后在本地执行，这样一来，特定的行为得以执行。RealXtend扩展性与其“实体-组件-动作”（Entity-Component-Action，ECA）架构有关。RealXtend平台采用ECA架构，简单实用，并且功能强大，极具扩展性，使虚拟世界的基本元素（如虚拟化身）被看作扩充式附件，由此使整个架构可以适用于更广泛的虚拟世界。可扩展的三维场景架构独立于任一虚拟平台运行。Naali浏览器是虚拟世界浏览器，也是创建可扩展场景的基础，可连接Second Life，OpenSim或RealXtend自己的Tundra服务器，并可在Windows，Linux，Mac等系统和其他移动平台运行。在RealXtend中，三维场景由其实体定义，虚拟世界平台层中没有对三维场景的硬编码。这一点不同于现在Second Life协议使用的OpenSim范式，Second Life的模型大部分被预定义并且在平台中已经硬编码。Second Life中总是存在着特定的土地（带有纹理的高度图）、海洋、天空、太阳等场景元素，用户对虚拟化身的控制也是计划好的。

二、应用实例：芬兰未来学习环境项目

由于RealXtend架构的前瞻性，其技术发展获得了诺基亚、英特尔等公司的支持，这加快了三维虚拟世界互联网的发展，并将对人们未来的生活和学习方式产生重要影响。RealXtend联盟与芬兰奥卢大学（Oulu University）互联网创新研究部门“网络卓越中心”（Center for Internet Excellence，CIE）合作研究RealXtend在教育中的应用。自2010年开始，CIE负责芬兰“未来学习环境”（Tulevaisuuden OppimisYmp？覿rist？觟，TOY）项目。此项目由芬兰教育技术学者帕西（Pasi Mattila）和教育管理者尤卡（Jukka Miettunen）主持，将教育创新与开源虚拟世界平台结合起来，旨在利用RealXtend创建类似三维游戏的学习环境，“促进教室与虚拟学习社区空间的建立，由此重新反思学习技术和学习环境、学习支持服务、教师专业化和领导力等，向学习者提供开阔的网络空间，为协作学习和个别化学习提供适应性良好的学习空间”[11]。TOY项目从芬兰的小学、初中和高中分别选择了一所学校作为项目实验学校开展研究，即壶山小学（Patam？覿ki Primary School）、北国庄园初中（Pohjankartano Lower Secondary School）和卡里亚西尔塔高中（Karjasilta Upper Secondary School）。

（一）壶山小学的虚拟学校英语学习实践

CIE和RealXtend项目组为壶山小学10～12岁学生建立虚拟学校，提供英语学习环境。首先，项目组为虚拟学校创建了多种动物和植物模型。参与项目的儿童对虚拟学校里的物体非常感兴趣，并积极参与其中，这体现在学生对虚拟学校的许多体验用语上。例如，学生发出的各种感叹：“可爱的小猪”“哇，你可以飞了”等。CIE在对学生的访谈中发现，在虚拟学校里，最吸引学生的物体是大树和猪。学生希望能与所有有生命的实体进一步交互，如与猪交谈、骑在猪上等。其次，CIE在虚拟学校开始实施英语学习实践方案，给学生分组安排实践任务，让学生分组协作学习英语。经调查访谈发现，这一阶段学生的学习体验是积极的，所有学生都认为在虚拟学校学习英语简单又有趣。他们惊奇地发现自己虚拟化身的形象可以有许多不同的选择，如有很多不同的眉毛、皮肤、胡子等。学生积极参与学习任务，既协作又竞争。他们意识到，做任务的时候就是他们开展竞争的时候。所有学生都认为，虚拟学校有效地帮助了他们学习英语单词和句子。在语言学习方面，人们普遍认为，虚拟学校有助于语言学习，因为学生可以与来自不同文化和语言环境的人相互交流。

（二）北国庄园初中的虚拟学习社区

CIE为北国庄园初中学生提供虚拟学习社区。与应用于壶山小学的虚拟学校项目不同的是，应用于北国庄园初中的项目不是在虚拟世界中开展教与学，而是在改变学校物理环境的基础上，利用多样化技术使虚拟学习环境的建设与物理环境的改变相配合。因此，此次项目应用旨在通过使用RealXtend虚拟学习社区改善现实的学习环境，增强虚拟现实（AR）在校园建设中的应用。美国三维虚拟环境设计专家（Jon Brouchoud）认为：“如果有人愿意在建学校建筑物前尝试建立多用户的、在线的虚拟建筑物，使真实建筑视觉化，这应该是‘未来学校的概念，与虚拟世界平台RealXtend一样具有前沿性。而且，这既是低成本高效益的方式，也是一个发展中的三维软件应用的概念”[12]。在项目初始阶段，CIE与北国庄园初中的校园建筑师、教育专家、教职工和学生一起工作，介绍新的教育理念，包括InnoLobby概念，寓意为“创新的环境”，目的是将传统的学生休息室转变为现代的学习环境和学生学习聚集的社区。同时，他们将已有的学生咖啡厅进行改造，使学生可以更便利地使用电子社交媒体。例如，为咖啡厅装配现代家具和采用新技术的地板，学生可以使用个人笔记本电脑、诺基亚联网掌上机、数码相机、Sanako学习软件、微软Surface平板、Round Table摄像机等。CIE努力将设计的学习环境草图和InnoLobby概念转变为现实的学习环境。信息管理系统包括媒体墙、学习游戏解决方案、移动音乐课堂、Binder移动观察工具等。CIE负责人帕西认为，“我们在规划、设计和装修学习环境中产生了新的想法。通过与奥卢市的Archeus建筑公司一起工作，通过建筑草图和InnoLobby概念的实现，我们从学习环境和相关理念中学到了许多”[13]。但是，在虚拟学校环境的建设上，CIE没有以现存的任一建筑作为参照模型，而是根据学习环境设计的理念，使虚拟学习场所更理想化。