早期，林晖等人在正式提出虚拟地理环境概念[1]之后，随即又以香港中文大学为例设计并试验了虚拟校园系统[2]。经过近二十年的发展建设，虚拟三维校园场景愈加逼真，空间、属性信息越来越丰富。随着数字化时代的到来，虚拟校园和元宇宙的概念逐渐在教育领域崭露头角。虚拟校园作为一种创新的校园模式，将校园建设推向了一个全新的阶段。如何将元宇宙的概念运用于未来虚拟校园的建设成为当前教育领域值得探索和思考的重要命题。
当虚拟校园遇到元宇宙
虚拟校园需要全面展示学校的环境和成果，扩大知名度，吸引优秀生源，提供一个打破地域限制，展现学校规模、设施、师资的窗口，但目前发展还存在三点不足：一是与教学科研结合不紧密。学校的根本任务是立德树人，虚拟校园应当帮助学生理解所学的专业技术知识，并可以让学生通过虚拟现实技术开展一些现实中很难开展的实验。二是与师生的互动性不强。虚拟校园需要着眼于增强动态性和实时交互性，搭建一个所见即所得的虚拟现实平台，与更多的人共享资源，使得师生获得沉浸式的虚拟校园体验。三是开发周期长，技术要求高。虚拟校园需要降低软硬件门槛，甚至可以让师生直接参与开发，不仅提高开发效率和丰富场景，还能增强对学校的认同感与凝聚力。
元宇宙（Metaverse）是运用数字技术构建的，由现实世界映射或超越现实世界，可与现实世界交互的虚拟世界，具备新型社会体系的数字生活空间。元宇宙具有与现实世界平行、反作用于现实世界、多种高技术综合等三大特征。它基于扩展现实技术提供沉浸式体验，基于数字孪生技术生成现实世界的镜像，基于区块链技术搭建经济体系，将虚拟世界与现实世界在经济系统、社交系统、身份系统上密切融合，并且允许每个用户进行内容生产和世界编辑。
虚拟校园与元宇宙的概念有许多重合之处。若将元宇宙理念运用于未来虚拟校园的建设，通过与现实世界平行，可以在真正意义上打破地域限制，所见即所得地展现学校环境；反作用于现实世界，应用于现实教学领域，提供更具有沉浸感、动态性与实时互动性的体验，进一步连接虚拟校园与教学科研。
元宇宙与教育的探索
Roblox元宇宙教育平台
如图1所示，Roblox是一款兼容了虚拟世界、休闲游戏和自建内容的游戏，其中大多数作品都是用户自行建立的。从FPS、RPG到竞速、解谜，全由玩家操控圆柱和方块形状组成的小人形象参与。在Roblox平台中，玩家也可以自行开发各种形式类别的游戏。在教育意义上，Roblox比较适合学生创作和教学实验演示，学生可以使用Roblox来进行各类学科内容的表达，或是参与到一个游戏中来进行虚拟实验。
图1 Roblox界面
Roblox的优点在于其降低了元宇宙中创作与互动的门槛，无需丰富的编程能力即可进行创作，使得Roblox在青少年群体中备受欢迎。然而，由于技术和用户喜好等原因，Roblox可能无法很好地扩展到游戏以外的应用场景。Roblox的业务可能会按照现在的形态，发展成类似YouTube这样由用户分享其创作体验的平台。
校园全景漫游/三维地图
计算机虚拟现实技术和网络技术的发展，让三维虚拟校园技术得以诞生。如今，这种技术已经普及国内各个高校。相较于二维平面地图，三维虚拟校园更加直观形象，更逼近校园的实景。三维虚拟校园还具有智能化的POI查询定位功能和管理后台标注功能，是虚拟校园建设的革命性突破。校园三维地图对学校的对外宣传、招生、校容校貌的展示具有非常重要的作用，使浏览者对校园环境产生身临其境的感觉，新生在入学前就可以全面了解校园的布局，获取校园信息，为尽快适应高校学习生活提供便利。
图2 哈尔滨工业大学三维校园地图
如今的三维虚拟校园主要使用专业建模和遥感技术。专业建模纹理精度高，但工作量大、费时费力，且需要专业人员开发。遥感技术覆盖范围广、获取快速，但遮挡问题严重、建筑立面纹理数据获取成本较高。两者都有一定成本与技术操作门槛，且场景实时性与动态性较弱。图2 为哈尔滨工业大学三维校园地图。
最受欢迎的元宇宙Minecraft
Minecraft（我的世界）是一款3D沙盒电子游戏。在Minecraft中，玩家可以无拘无束地在创造、生存、冒险等模式下，与由方块、实体构成的三维环境互动。配合其易懂难精的机制，丰富多样的玩家社区资源，Minecraft的自由度已经超出了游戏内的交互本身。
受众广泛 老少咸宜
作为全球销量最大的游戏，Minecraft已经不止于满足简单的娱乐需求，其受众广泛，老少咸宜，在休闲、竞技、教育等领域都发挥着自己独特的作用。玩家既可以共同构建线上家园，打造虚拟乌托邦，也能进行紧张刺激的对战，或是残酷的生存竞争，又或是借由中小学教育版等资源，以生动形象、妙趣横生的方式进行化学、地理等学科的学习。在瑞典首都——斯德哥尔摩市的一家学校甚至将Minecraft列为必修课，来讲解城市的运营和环境问题。
二次开发 易于上手
Minecraft社区在十余年的发展中积累了丰富的二次开发资源。有Forge、Fabric等第三方API接口，以及Bukkit、Catserver、Mohist等插件平台。来自世界各地、不同学历、不同年龄段的开发者均可为Minecraft提供自己的模组或是插件。这极大地拓宽和加深了Minecraft的社区组成，同时也积累了丰富的开发资源和教程，使得参与二次开发的门槛大大降低。创作者只需要掌握简单的英文和游戏机制，足以进行配置文件的调整；只要些许编程知识，或是掌握一些函数，就足以独立制作一款基本的Minecraft整合包。而且除了程序，在音乐、美术、玩法设计等领域都有创作者的用武之地。
元宇宙开发中的独特优势
在趣味性方面，Minecraft本身是一款三维游戏，相较于一些三维建模软件，方便上手，贴合年轻人的思维模式。相比时下流行的3D设计软件，诸如3DSMax、Blender和C4D，以及行业上常用的AutoCAD等，Minecraft虽然在建模平滑性上略逊一筹，但其操作灵活、易学易用、老少咸宜、趣味性强。与传统建模软件拉曲面、调参数的制作方式不同，Minecraft的建模方式与乐高积木的搭建方法相似，完全尊重建造者的创作灵感和设计习惯。Minecraft以多种贴图不同的预制体方块作为最小单元，只需要通过左键摧毁、右键放置的操作，即可制作出色彩丰富、形态各异的作品。同时，由于Minecraft丰富的游戏性，在发掘游戏机制的过程中探索别样的设计灵感与思路（例如盔甲架的合理使用、旗帜的合成设计等），也是其趣味性重要的组成部分。
在艺术丰富性方面，Minecraft的创作社区经过十多年的发展，在立体像素艺术的背景下，诞生了多种多样的艺术流派与工具。总的来说，Minecraft以方块为载体的立体像素艺术，保留了视觉的纯粹性和颗粒感，以“锯齿和矩阵”的独特视觉效果作为艺术语言。Minecraft追求宏观与微观的和谐统一，在强调单个组成部分的重要性的同时，也充分呈现出整体形象。在此基础之上，Minecraft的创作也分化出了繁多的流派，诸如复刻派（将现实中的物件或他人创作的作品，在虚拟世界中加以还原）、幻想派（倾向于脱离现实中物理条件的制约，在虚拟世界中进行超现实创作）、红石派（利用类似于电路的红石机制，进行电子器件的设计）、像素画派（利用不同颜色的方块进行平面像素创作）等。同时，Minecraft社群也开发出了许多功能强大、效果卓著的创作、美化、后期工具，例如WorldEdit插件（可快速创建、替换或删除大量方块），光影水反（模拟真实环境下的光照、云雾与水面反射等视觉效果）、纹理资源包（将原生的像素贴图替换为更精细的、或更具艺术风的纹理）等。这些因素都使得Minecraft的艺术丰富性独树一帜。
在协同创作性方面，Minecraft具有完善的多人在线协同模式，且有多种适应于不同应用场景的开源的多人协同服务器架构。Minecraft的服务端可以较小的内存消耗，同时容纳数十人乃至上百人的在线活动，实时互动、实时体验、实时反馈。通过Bungee Cord等架构，可以将诸多应用场景与策略不同的子服务器紧密连接；通过Purpur等跨版本服务端，兼容多个版本，避免了兼容性上的不便；通过Multiverse、PlotMe等服务端插件，可以轻松增减、重载、管理多个服务器存档；通过LuckPerms、Essential等权限管理插件，可以为不同的成员划分不同的权限等级，以适应不同的应用需求，并增强协同创作的安全性。以上内容大多是开源的、可自定义的，这与元宇宙的理念高度吻合。
在载体多样性方面，Minecraft可以融入多种媒体，且具有结合虚拟现实的潜质。通过一些模组和插件，可以播放幻灯片与视频，实现即时语音与交互，或是在VR中体验在线三维地图，在AR中将方块世界带入现实。上海交通大学曾在Minecraft中举办在线会议、节庆典礼等在线活动，验证了Minecraft结合虚拟现实的可行性。同时，众多Minecraft与不同应用之间的接口也正逐渐被开发出来：诸如以采集三维点云的方式，把现实中的物体转化为模型，基于真实世界数据进行Minecraft孪生创作；甚至根据众包采集的数据，动态更新的Minecraft孪生内容，比如让树随着春夏秋冬而变化。这些都使得Minecraft在与多种载体结合的模式上具有一定的潜力。
Minecraft与虚拟校园结合面临挑战
结构限制
首先，较小尺度上的精细度问题。由于原版Minecraft的基本设定，其最小单位是边长1米的方块，因此在现实尺度上进行场景与建筑设计具有一定的限制。对于较大的、对细节要求不高的场景，Minecraft具有较大的优势，但在小尺度结构与内部装饰的设计过程中，则需要根据实际情况，结合其本身的一些特性来表现这些细节。对于较小的房间，如宿舍内部，受限于方块的尺寸，可能导致细节精细度较低，比例失调等现象。此外，类似自行车、售货机等体积较小的物体，也难以使用方块来建模。
图 3 原版场景与模组场景的对比 A.原版场景
图 3 原版场景与模组场景的对比 B.模组场景
对于这些问题，目前的常见解决方案是使用外置模组，来实现提高分辨率（如使用Chisels&Bits Mod，最小建筑粒度可达1/16米）或自定义小尺度模型（如使用Cocricot、Furniture Mod，细化座椅、墙饰等内部设计）的目的。图3为原版场景与模组场景的对比。
其次，斜向结构的锯齿状问题。斜向建筑的内部结构会产生错位等不美观的现象。这种现象常常出现于建筑朝向多样的建筑群中。如上海交通大学的霍英东体育中心，在现实中约偏离正东西方向三十度。可以看出，在Minecraft中的还原场景有较明显的锯齿状痕迹。面对这种问题，交大线上毕业典礼的解决方案是“内外分离”，保留大尺度下的斜向场景，重新建造一个与x、y轴正交的场景用作内部的小尺度活动空间。图4为斜向场景与正交场景的对比。
图4 斜向场景与正交场景的对比A.斜向场景
图4 斜向场景与正交场景的对比 B.正交场景
交互限制
由于Minecraft原版中没有屏幕、扬声器这样的输出设备，因此若要呈现信息，则需要一些其他的解决方案：静态的图片可以使用“地图画”，音频视频需要使用模组，但往往这些模组的可配置性比较差，难以实现根据玩家需要动态地切换，且获取信息通常依靠输入指令。若需实现如图书馆导览之类较为复杂的功能，则需要克服一些交互中的问题，进行二次开发。
兼容问题
原版Minecraft存档版本是向上兼容的，新版本能打开旧版创建的存档。但如果存档中使用了模组，一旦需要升级版本，很可能会产生存档损坏的风险。如果使用的模组停止更新，则Minecraft版本将无法升级。因此，如果需要使用模组，则需要考察模组之间的兼容性以及模组是否支持某一Minecraft版本等问题。
Minecraft在虚拟校园建设上空间巨大
Minecraft虽然具有一定的局限性，但现有的诸多解决方案可以弥补这些缺陷。因此，Minecraft在虚拟校园建设方面仍具有巨大的应用空间。
在Minecraft中举办学校活动
以在Minecraft中开办讲座、举行典礼为例，教师可以使用Java编写的Minecraft用户操作界面，来达到和现实相似但更为便捷的讲授体验：在传统线下的热情的课堂氛围与互动模式之上，充分结合线上突破地域限制、点对点或批量发送信息便于沟通等优势，达到独特的讲授效果。同时，学生或观众也可以在足不出户地享受沉浸式学习体验的同时，与他人开展形式更为多样的互动。一些目前在线会议无法实现的功能，在Minecraft中并非难事，如升国旗、走上讲台、交换和赠送物品等等。Minecraft校园既还原了一定的线下实地体验，也保留了线上的诸多优势。
利用Minecraft内容教学授课
另一种可能性，则是利用Minecraft内容进行教学授课。微软公司推出了Minecraft教育版，通过跨学科STEAM（科学、技术、工程、艺术、数学）教育，提倡任务型学习强调探索、实践和创新，在未来的前沿领域和任务挑战中，为学生提供沉浸式的学习体验。同时，Minecraft在中国的代理商网易公司推出了许多Minecraft联合课程，来帮助学生通过Minecraft内容更好地理解现实中的知识。Minecraft内容在教育中的应用，增强了学习的氛围感与趣味性，让学生在Minecraft校园中获得更佳的学习体验。
在“方块交大”举办毕业典礼
上海交通大学Minecraft社在“方块交大”虚拟校园中举办的线上沉浸式毕业典礼共吸引了超过200名学生到场参加，达到了帮助无法到场的学生提升毕业仪式体验感的初衷。毕业生称这是一场“毕生难忘的毕业典礼”，他们在游戏中游览交大，拍摄毕业照，抵达在交大的最后一站，留下了独特而美好的毕业纪念。此次活动证明了Minecraft虚拟校园的更多可能性，即通过添加互动元素的方式让虚拟校园“动”起来，作为承办校内大型活动的虚拟场地，具有多重优势。
据不完全统计，国内已有一百多所高校存在成规模的Minecraft学生组织，其中十多所高校已成立单独的学生社团。学生对Minecraft和母校的热爱使得学生自发参与Minecraft虚拟校园的建设，这将是未来高校虚拟校园建设的又一新方向。目前已有技术能将各大高校的Minecraft虚拟校园进行连接，使参观者能在Minecraft中便捷地游览各地的高校，共青团中央和央视网也对高校Minecraft虚拟校园进行了报道。
Minecraft虚拟校园距离元宇宙还有不小的距离，只能复刻一部分视觉体验，但仍有无限可能性值得探索。例如，与VR结合，让学生们戴上头盔，在更多感官体验上走近虚拟校园；或是将虚拟校园的建筑与AR技术相结合，让校园的虚拟景象全息投影进入现实。这些，都有待我们未来的不断努力和研究。
本文首发于《中国教育网络》2023年7月刊，题为《虚拟校园+元宇宙 构筑校园新形态》
作者：
coffeageno（上海交通大学密西根学院）
ff98sha（上海交通大学电子信息与电气工程学院）
vS1028aY4（上海交通大学电子信息与vS1028aY4电气工程学院）
文章版权归上海交通大学Minecraft社所有，转载前请先联系并获得许可。
参考文献
[1]林珲，龚建华.论虚拟地理环境[J].测绘学报，2002，31(1)：1-6
[2]龚建华，林珲，谭倩.虚拟香港中文大学校园的设计与初步试验[J].测绘学报，2002，31(1)：39-43