早期，林暉等人在正式提出虛擬地理環(huán)境概念[1]之后，隨即又以香港中文大學(xué)為例設(shè)計并試驗了虛擬校園系統(tǒng)[2]。經(jīng)過近二十年的發(fā)展建設(shè)，虛擬三維校園場景愈加逼真，空間、屬性信息越來越豐富。隨著數(shù)字化時代的到來，虛擬校園和元宇宙的概念逐漸在教育領(lǐng)域嶄露頭角。虛擬校園作為一種創(chuàng)新的校園模式，將校園建設(shè)推向了一個全新的階段。如何將元宇宙的概念運用于未來虛擬校園的建設(shè)成為當(dāng)前教育領(lǐng)域值得探索和思考的重要命題。

當(dāng)虛擬校園遇到元宇宙

虛擬校園需要全面展示學(xué)校的環(huán)境和成果，擴大知名度，吸引優(yōu)秀生源，提供一個打破地域限制，展現(xiàn)學(xué)校規(guī)模、設(shè)施、師資的窗口，但目前發(fā)展還存在三點不足：一是與教學(xué)科研結(jié)合不緊密。學(xué)校的根本任務(wù)是立德樹人，虛擬校園應(yīng)當(dāng)幫助學(xué)生理解所學(xué)的專業(yè)技術(shù)知識，并可以讓學(xué)生通過虛擬現(xiàn)實技術(shù)開展一些現(xiàn)實中很難開展的實驗。二是與師生的互動性不強。虛擬校園需要著眼于增強動態(tài)性和實時交互性，搭建一個所見即所得的虛擬現(xiàn)實平臺，與更多的人共享資源，使得師生獲得沉浸式的虛擬校園體驗。三是開發(fā)周期長，技術(shù)要求高。虛擬校園需要降低軟硬件門檻，甚至可以讓師生直接參與開發(fā)，不僅提高開發(fā)效率和豐富場景，還能增強對學(xué)校的認(rèn)同感與凝聚力。

元宇宙（Metaverse）是運用數(shù)字技術(shù)構(gòu)建的，由現(xiàn)實世界映射或超越現(xiàn)實世界，可與現(xiàn)實世界交互的虛擬世界，具備新型社會體系的數(shù)字生活空間。元宇宙具有與現(xiàn)實世界平行、反作用于現(xiàn)實世界、多種高技術(shù)綜合等三大特征。它基于擴展現(xiàn)實技術(shù)提供沉浸式體驗，基于數(shù)字孿生技術(shù)生成現(xiàn)實世界的鏡像，基于區(qū)塊鏈技術(shù)搭建經(jīng)濟體系，將虛擬世界與現(xiàn)實世界在經(jīng)濟系統(tǒng)、社交系統(tǒng)、身份系統(tǒng)上密切融合，并且允許每個用戶進行內(nèi)容生產(chǎn)和世界編輯。

虛擬校園與元宇宙的概念有許多重合之處。若將元宇宙理念運用于未來虛擬校園的建設(shè)，通過與現(xiàn)實世界平行，可以在真正意義上打破地域限制，所見即所得地展現(xiàn)學(xué)校環(huán)境；反作用于現(xiàn)實世界，應(yīng)用于現(xiàn)實教學(xué)領(lǐng)域，提供更具有沉浸感、動態(tài)性與實時互動性的體驗，進一步連接虛擬校園與教學(xué)科研。

元宇宙與教育的探索

Roblox元宇宙教育平臺

如圖1所示，Roblox是一款兼容了虛擬世界、休閑游戲和自建內(nèi)容的游戲，其中大多數(shù)作品都是用戶自行建立的。從FPS、RPG到競速、解謎，全由玩家操控圓柱和方塊形狀組成的小人形象參與。在Roblox平臺中，玩家也可以自行開發(fā)各種形式類別的游戲。在教育意義上，Roblox比較適合學(xué)生創(chuàng)作和教學(xué)實驗演示，學(xué)生可以使用Roblox來進行各類學(xué)科內(nèi)容的表達，或是參與到一個游戲中來進行虛擬實驗。

Roblox的優(yōu)點在于其降低了元宇宙中創(chuàng)作與互動的門檻，無需豐富的編程能力即可進行創(chuàng)作，使得Roblox在青少年群體中備受歡迎。然而，由于技術(shù)和用戶喜好等原因，Roblox可能無法很好地擴展到游戲以外的應(yīng)用場景。Roblox的業(yè)務(wù)可能會按照現(xiàn)在的形態(tài)，發(fā)展成類似YouTube這樣由用戶分享其創(chuàng)作體驗的平臺。

校園全景漫游/三維地圖

計算機虛擬現(xiàn)實技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，讓三維虛擬校園技術(shù)得以誕生。如今，這種技術(shù)已經(jīng)普及國內(nèi)各個高校。相較于二維平面地圖，三維虛擬校園更加直觀形象，更逼近校園的實景。三維虛擬校園還具有智能化的POI查詢定位功能和管理后臺標(biāo)注功能，是虛擬校園建設(shè)的革命性突破。校園三維地圖對學(xué)校的對外宣傳、招生、校容校貌的展示具有非常重要的作用，使瀏覽者對校園環(huán)境產(chǎn)生身臨其境的感覺，新生在入學(xué)前就可以全面了解校園的布局，獲取校園信息，為盡快適應(yīng)高校學(xué)習(xí)生活提供便利。

如今的三維虛擬校園主要使用專業(yè)建模和遙感技術(shù)。專業(yè)建模紋理精度高，但工作量大、費時費力，且需要專業(yè)人員開發(fā)。遙感技術(shù)覆蓋范圍廣、獲取快速，但遮擋問題嚴(yán)重、建筑立面紋理數(shù)據(jù)獲取成本較高。兩者都有一定成本與技術(shù)操作門檻，且場景實時性與動態(tài)性較弱。圖2 為哈爾濱工業(yè)大學(xué)三維校園地圖。

最受歡迎的元宇宙Minecraft

Minecraft（我的世界）是一款3D沙盒電子游戲。在Minecraft中，玩家可以無拘無束地在創(chuàng)造、生存、冒險等模式下，與由方塊、實體構(gòu)成的三維環(huán)境互動。配合其易懂難精的機制，豐富多樣的玩家社區(qū)資源，Minecraft的自由度已經(jīng)超出了游戲內(nèi)的交互本身。

受眾廣泛 老少咸宜

作為全球銷量最大的游戲，Minecraft已經(jīng)不止于滿足簡單的娛樂需求，其受眾廣泛，老少咸宜，在休閑、競技、教育等領(lǐng)域都發(fā)揮著自己獨特的作用。玩家既可以共同構(gòu)建線上家園，打造虛擬烏托邦，也能進行緊張刺激的對戰(zhàn)，或是殘酷的生存競爭，又或是借由中小學(xué)教育版等資源，以生動形象、妙趣橫生的方式進行化學(xué)、地理等學(xué)科的學(xué)習(xí)。在瑞典首都——斯德哥爾摩市的一家學(xué)校甚至將Minecraft列為必修課，來講解城市的運營和環(huán)境問題。

二次開發(fā) 易于上手

Minecraft社區(qū)在十余年的發(fā)展中積累了豐富的二次開發(fā)資源。有Forge、Fabric等第三方API接口，以及Bukkit、Catserver、Mohist等插件平臺。來自世界各地、不同學(xué)歷、不同年齡段的開發(fā)者均可為Minecraft提供自己的模組或是插件。這極大地拓寬和加深了Minecraft的社區(qū)組成，同時也積累了豐富的開發(fā)資源和教程，使得參與二次開發(fā)的門檻大大降低。創(chuàng)作者只需要掌握簡單的英文和游戲機制，足以進行配置文件的調(diào)整；只要些許編程知識，或是掌握一些函數(shù)，就足以獨立制作一款基本的Minecraft整合包。而且除了程序，在音樂、美術(shù)、玩法設(shè)計等領(lǐng)域都有創(chuàng)作者的用武之地。

元宇宙開發(fā)中的獨特優(yōu)勢

在趣味性方面，Minecraft本身是一款三維游戲，相較于一些三維建模軟件，方便上手，貼合年輕人的思維模式。相比時下流行的3D設(shè)計軟件，諸如3DSMax、Blender和C4D，以及行業(yè)上常用的AutoCAD等，Minecraft雖然在建模平滑性上略遜一籌，但其操作靈活、易學(xué)易用、老少咸宜、趣味性強。與傳統(tǒng)建模軟件拉曲面、調(diào)參數(shù)的制作方式不同，Minecraft的建模方式與樂高積木的搭建方法相似，完全尊重建造者的創(chuàng)作靈感和設(shè)計習(xí)慣。Minecraft以多種貼圖不同的預(yù)制體方塊作為最小單元，只需要通過左鍵摧毀、右鍵放置的操作，即可制作出色彩豐富、形態(tài)各異的作品。同時，由于Minecraft豐富的游戲性，在發(fā)掘游戲機制的過程中探索別樣的設(shè)計靈感與思路（例如盔甲架的合理使用、旗幟的合成設(shè)計等），也是其趣味性重要的組成部分。

在藝術(shù)豐富性方面，Minecraft的創(chuàng)作社區(qū)經(jīng)過十多年的發(fā)展，在立體像素藝術(shù)的背景下，誕生了多種多樣的藝術(shù)流派與工具?？偟膩碚f，Minecraft以方塊為載體的立體像素藝術(shù)，保留了視覺的純粹性和顆粒感，以“鋸齒和矩陣”的獨特視覺效果作為藝術(shù)語言。Minecraft追求宏觀與微觀的和諧統(tǒng)一，在強調(diào)單個組成部分的重要性的同時，也充分呈現(xiàn)出整體形象。在此基礎(chǔ)之上，Minecraft的創(chuàng)作也分化出了繁多的流派，諸如復(fù)刻派（將現(xiàn)實中的物件或他人創(chuàng)作的作品，在虛擬世界中加以還原）、幻想派（傾向于脫離現(xiàn)實中物理條件的制約，在虛擬世界中進行超現(xiàn)實創(chuàng)作）、紅石派（利用類似于電路的紅石機制，進行電子器件的設(shè)計）、像素畫派（利用不同顏色的方塊進行平面像素創(chuàng)作）等。同時，Minecraft社群也開發(fā)出了許多功能強大、效果卓著的創(chuàng)作、美化、后期工具，例如WorldEdit插件（可快速創(chuàng)建、替換或刪除大量方塊），光影水反（模擬真實環(huán)境下的光照、云霧與水面反射等視覺效果）、紋理資源包（將原生的像素貼圖替換為更精細(xì)的、或更具藝術(shù)風(fēng)的紋理）等。這些因素都使得Minecraft的藝術(shù)豐富性獨樹一幟。

在協(xié)同創(chuàng)作性方面，Minecraft具有完善的多人在線協(xié)同模式，且有多種適應(yīng)于不同應(yīng)用場景的開源的多人協(xié)同服務(wù)器架構(gòu)。Minecraft的服務(wù)端可以較小的內(nèi)存消耗，同時容納數(shù)十人乃至上百人的在線活動，實時互動、實時體驗、實時反饋。通過Bungee Cord等架構(gòu)，可以將諸多應(yīng)用場景與策略不同的子服務(wù)器緊密連接；通過Purpur等跨版本服務(wù)端，兼容多個版本，避免了兼容性上的不便；通過Multiverse、PlotMe等服務(wù)端插件，可以輕松增減、重載、管理多個服務(wù)器存檔；通過LuckPerms、Essential等權(quán)限管理插件，可以為不同的成員劃分不同的權(quán)限等級，以適應(yīng)不同的應(yīng)用需求，并增強協(xié)同創(chuàng)作的安全性。以上內(nèi)容大多是開源的、可自定義的，這與元宇宙的理念高度吻合。

在載體多樣性方面，Minecraft可以融入多種媒體，且具有結(jié)合虛擬現(xiàn)實的潛質(zhì)。通過一些模組和插件，可以播放幻燈片與視頻，實現(xiàn)即時語音與交互，或是在VR中體驗在線三維地圖，在AR中將方塊世界帶入現(xiàn)實。上海交通大學(xué)曾在Minecraft中舉辦在線會議、節(jié)慶典禮等在線活動，驗證了Minecraft結(jié)合虛擬現(xiàn)實的可行性。同時，眾多Minecraft與不同應(yīng)用之間的接口也正逐漸被開發(fā)出來：諸如以采集三維點云的方式，把現(xiàn)實中的物體轉(zhuǎn)化為模型，基于真實世界數(shù)據(jù)進行Minecraft孿生創(chuàng)作；甚至根據(jù)眾包采集的數(shù)據(jù)，動態(tài)更新的Minecraft孿生內(nèi)容，比如讓樹隨著春夏秋冬而變化。這些都使得Minecraft在與多種載體結(jié)合的模式上具有一定的潛力。

Minecraft與虛擬校園結(jié)合面臨挑戰(zhàn)

結(jié)構(gòu)限制

首先，較小尺度上的精細(xì)度問題。由于原版Minecraft的基本設(shè)定，其最小單位是邊長1米的方塊，因此在現(xiàn)實尺度上進行場景與建筑設(shè)計具有一定的限制。對于較大的、對細(xì)節(jié)要求不高的場景，Minecraft具有較大的優(yōu)勢，但在小尺度結(jié)構(gòu)與內(nèi)部裝飾的設(shè)計過程中，則需要根據(jù)實際情況，結(jié)合其本身的一些特性來表現(xiàn)這些細(xì)節(jié)。對于較小的房間，如宿舍內(nèi)部，受限于方塊的尺寸，可能導(dǎo)致細(xì)節(jié)精細(xì)度較低，比例失調(diào)等現(xiàn)象。此外，類似自行車、售貨機等體積較小的物體，也難以使用方塊來建模。

對于這些問題，目前的常見解決方案是使用外置模組，來實現(xiàn)提高分辨率（如使用Chisels&Bits Mod，最小建筑粒度可達1/16米）或自定義小尺度模型（如使用Cocricot、Furniture Mod，細(xì)化座椅、墻飾等內(nèi)部設(shè)計）的目的。圖3為原版場景與模組場景的對比。

其次，斜向結(jié)構(gòu)的鋸齒狀問題。斜向建筑的內(nèi)部結(jié)構(gòu)會產(chǎn)生錯位等不美觀的現(xiàn)象。這種現(xiàn)象常常出現(xiàn)于建筑朝向多樣的建筑群中。如上海交通大學(xué)的霍英東體育中心，在現(xiàn)實中約偏離正東西方向三十度?？梢钥闯?，在Minecraft中的還原場景有較明顯的鋸齒狀痕跡。面對這種問題，交大線上畢業(yè)典禮的解決方案是“內(nèi)外分離”，保留大尺度下的斜向場景，重新建造一個與x、y軸正交的場景用作內(nèi)部的小尺度活動空間。圖4為斜向場景與正交場景的對比。

交互限制

由于Minecraft原版中沒有屏幕、揚聲器這樣的輸出設(shè)備，因此若要呈現(xiàn)信息，則需要一些其他的解決方案：靜態(tài)的圖片可以使用“地圖畫”，音頻視頻需要使用模組，但往往這些模組的可配置性比較差，難以實現(xiàn)根據(jù)玩家需要動態(tài)地切換，且獲取信息通常依靠輸入指令。若需實現(xiàn)如圖書館導(dǎo)覽之類較為復(fù)雜的功能，則需要克服一些交互中的問題，進行二次開發(fā)。

兼容問題

原版Minecraft存檔版本是向上兼容的，新版本能打開舊版創(chuàng)建的存檔。但如果存檔中使用了模組，一旦需要升級版本，很可能會產(chǎn)生存檔損壞的風(fēng)險。如果使用的模組停止更新，則Minecraft版本將無法升級。因此，如果需要使用模組，則需要考察模組之間的兼容性以及模組是否支持某一Minecraft版本等問題。

Minecraft在虛擬校園建設(shè)上空間巨大

Minecraft雖然具有一定的局限性，但現(xiàn)有的諸多解決方案可以彌補這些缺陷。因此，Minecraft在虛擬校園建設(shè)方面仍具有巨大的應(yīng)用空間。

在Minecraft中舉辦學(xué)校活動

以在Minecraft中開辦講座、舉行典禮為例，教師可以使用Java編寫的Minecraft用戶操作界面，來達到和現(xiàn)實相似但更為便捷的講授體驗：在傳統(tǒng)線下的熱情的課堂氛圍與互動模式之上，充分結(jié)合線上突破地域限制、點對點或批量發(fā)送信息便于溝通等優(yōu)勢，達到獨特的講授效果。同時，學(xué)生或觀眾也可以在足不出戶地享受沉浸式學(xué)習(xí)體驗的同時，與他人開展形式更為多樣的互動。一些目前在線會議無法實現(xiàn)的功能，在Minecraft中并非難事，如升國旗、走上講臺、交換和贈送物品等等。Minecraft校園既還原了一定的線下實地體驗，也保留了線上的諸多優(yōu)勢。

利用Minecraft內(nèi)容教學(xué)授課

另一種可能性，則是利用Minecraft內(nèi)容進行教學(xué)授課。微軟公司推出了Minecraft教育版，通過跨學(xué)科STEAM（科學(xué)、技術(shù)、工程、藝術(shù)、數(shù)學(xué)）教育，提倡任務(wù)型學(xué)習(xí)強調(diào)探索、實踐和創(chuàng)新，在未來的前沿領(lǐng)域和任務(wù)挑戰(zhàn)中，為學(xué)生提供沉浸式的學(xué)習(xí)體驗。同時，Minecraft在中國的代理商網(wǎng)易公司推出了許多Minecraft聯(lián)合課程，來幫助學(xué)生通過Minecraft內(nèi)容更好地理解現(xiàn)實中的知識。Minecraft內(nèi)容在教育中的應(yīng)用，增強了學(xué)習(xí)的氛圍感與趣味性，讓學(xué)生在Minecraft校園中獲得更佳的學(xué)習(xí)體驗。

在“方塊交大”舉辦畢業(yè)典禮

上海交通大學(xué)Minecraft社在“方塊交大”虛擬校園中舉辦的線上沉浸式畢業(yè)典禮共吸引了超過200名學(xué)生到場參加，達到了幫助無法到場的學(xué)生提升畢業(yè)儀式體驗感的初衷。畢業(yè)生稱這是一場“畢生難忘的畢業(yè)典禮”，他們在游戲中游覽交大，拍攝畢業(yè)照，抵達在交大的最后一站，留下了獨特而美好的畢業(yè)紀(jì)念。此次活動證明了Minecraft虛擬校園的更多可能性，即通過添加互動元素的方式讓虛擬校園“動”起來，作為承辦校內(nèi)大型活動的虛擬場地，具有多重優(yōu)勢。

?據(jù)不完全統(tǒng)計，國內(nèi)已有一百多所高校存在成規(guī)模的Minecraft學(xué)生組織，其中十多所高校已成立單獨的學(xué)生社團。學(xué)生對Minecraft和母校的熱愛使得學(xué)生自發(fā)參與Minecraft虛擬校園的建設(shè)，這將是未來高校虛擬校園建設(shè)的又一新方向。目前已有技術(shù)能將各大高校的Minecraft虛擬校園進行連接，使參觀者能在Minecraft中便捷地游覽各地的高校，共青團中央和央視網(wǎng)也對高校Minecraft虛擬校園進行了報道。

Minecraft虛擬校園距離元宇宙還有不小的距離，只能復(fù)刻一部分視覺體驗，但仍有無限可能性值得探索。例如，與VR結(jié)合，讓學(xué)生們戴上頭盔，在更多感官體驗上走近虛擬校園；或是將虛擬校園的建筑與AR技術(shù)相結(jié)合，讓校園的虛擬景象全息投影進入現(xiàn)實。這些，都有待我們未來的不斷努力和研究。

本文首發(fā)于《中國教育網(wǎng)絡(luò)》2023年7月刊，題為《虛擬校園+元宇宙 構(gòu)筑校園新形態(tài)》

作者：

上海交通大學(xué)Minecraft社

coffeageno（上海交通大學(xué)密西根學(xué)院）

ff98sha（上海交通大學(xué)電子信息與電氣工程學(xué)院）

vS1028aY4（上海交通大學(xué)電子信息與電氣工程學(xué)院）

文章版權(quán)歸上海交通大學(xué)Minecraft社所有，轉(zhuǎn)載前請先聯(lián)系并獲得許可。

參考文獻

[1]林琿，龔建華.論虛擬地理環(huán)境[J].測繪學(xué)報，2002，31(1)：1-6

[2]龔建華，林琿，譚倩.虛擬香港中文大學(xué)校園的設(shè)計與初步試驗[J].測繪學(xué)報，2002，31(1)：39-43