基于Minecraft的3D打印学习研究

Minecraft的造物体验

Minecraft是由Mojang AB和4J Studios开发的高自由度的沙盒游戏，该游戏从2009年面世至今已经吸引了数以亿计的用户，他们在游戏中搭建、探险、创作、分享，这些用户中不乏广大的中小学生，笔者所在的学校有一些小学一年级的孩子都会用手机、平板、PC等玩这个游戏。有研究者认为，该游戏风靡一时的原因主要在于其开放性的设置，在游戏中玩家可以用乐高积木式的砖块搭建任何东西。

进入游戏，玩家就是在扮演造物主的角色。游戏者以第一视角进入虚拟的3D世界，选择不同的方块搭建各式各样的物品。小至一栋房子，大至一个建筑群，以及静态的观景台，动态的电梯、密码门等都可以搭建出来。

认识3D打印

3D打印是一种快速成型技术，它以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体。我们学习3D打印课程，往往先学习3D打印原理和使用3D打印机的技巧，而后才是怎么用信息工具进行三维设计。

常用的3D设计软件有Windows内置的3D builder、草图大师、Autodesk公司的系列软件，等等。设计师往往需要具备完备的立体几何知识、足够的空间思维能力、出色的计算机操作技能才能完成一件优秀作品。

以123D Design软件制作一个小苹果为例，首先应认识空间坐标系统XYZ坐标轴，其次分析苹果的结构，最后得到的苹果可以由一段曲线绕着一个中心轴旋转360度形成。

这样一种点动成线、线动成面、面动成体的立体几何观对小学低年级，尤其是还没有接触到立体几何、坐标曲线的学生来说，是一个很大的挑战。

Minecraft导出3D模型

Minecraft这款游戏中的每一款物品都是一个3D模型，于是开源的工具Mineways（下载地址：http：///erich/minecraft/public/mineways/）就出现了，利用这个工具可以轻松地将Minecraft中的模型导出成STL或者OBJ格式文档。

1.打开Mineways

Mineways应用系统适合64位操作系统，Mineways32适合32位操作系统。

2.导入Mineways地图

选择“FileOpen World”，然后就可以导入Minecraft游戏存档中的地图文件“level.dat”，该文件在安装目录的saves文件夹下。

3.导出模型

导入地图文件之后，Mineways界面就会出现地图的俯视图，如图1所示中间有一个宝塔，此时需要右击鼠标拖动选择导出区域如途中粉红色部分，然后选择“FileExport for 3D Printing”，接着选择3D模型文件格式，选择各项参数就可以生成一个3D模型了。上页图2所示利用Windows 10系统自带的3D builder软件打开，直接去打印成模型，打印效果如图3所示。

Minecraft结合3D建模学习的可行性讨论

1.Minecraft的游戏性质

Minecraft游戏本身就是一个虚拟的3D世界，游戏中的每一个元素如树木、山坡、房子等都是一个3D模型，游戏者的搭建过程其实也是完成3D建模的过程。

2.搭建过程和打印过程原理类似

区别于常用的3D设计软件推、拉、旋转、镂空等的复杂操作，Minecraft简单得多，就像在搭建积木，也像在沙滩上玩一个堆城堡的游戏。这样的过程，与现在大多数3D打印机的原理分层切片、逐层打印类似。

3.复杂的情境更利于基于问题的学习

Minecraft游戏情境是一个虚拟的3D世界，游戏者需要在这个世界中生存、创造和挑战，如果他想要提升“生活质量”，就需要去造物。

以搭建小房子为例，普通的3D打印课堂中教师要让学生设计、建模，但是这一系列的过程对学生的意义是什么？课程需要如何导入？如何让学生能够持续性地想象、建构、修改？诸如此类的问题困扰着上3D打印课程的教师。在Minecraft中，搭建房子就是为了让游戏者“住”进去，模型设计者成了一个主人翁，搭建房子是为了休息，为了防御，也可以是为了娱乐（如搭建海景公寓、钓鱼台、通天塔等），情境化的学习更能促进学生思考。

4.多人协作共建，增加了分享的实时性和有效性

造物者几乎都有共享精神，利用普通3D建模软件建构模型的时候很难实现多人协作共建，但是在Minecraft中只需要连上局域网，就可以实现多人共同搭建了。

当然，多人进入同一个世界也可以启动竞争机制，如可以每个人在规定时间内分别搭建迷宫，然后相互交换进行迷宫探险。

5.方便导出，一键打印

游戏者在搭建完成之后，可以利用免费开源的工具Mineways将Minecraft中的模型导出来，只需要导入Minecraft地图，选中导出区域，然后导出成STL或者OBJ格式的3D文件就可以进行切片和打印了。

尤其是Winows 10系统自带有简易建模工具3D builder，导出来的STL文件可以直接发送给3D打印机。

Minecraft进行3D打印教学的局限性

利用Minecraft进行三维设计，入门门槛降低，但也存在很多弊端。首先是游戏本身的困扰，Minecraft作为一款电脑游戏，游戏元素过多，做探险、攻击Boss、刷野怪升级角色等很容易让学习者分神，其次是一个个的方块像电脑屏幕的像素点一样，致使Minecraft搭建的模型不够精细。

展望与期许

Minecraft这款游戏的高灵活性会带来更多的融入教学的可能性，不仅3D打印初学者或者对3D建模有困难的学习者可以利用傻瓜式的堆砌来进行建模，而且这款游戏的更多元素也等待着教育工作者去开发利用，希望更多的造物者利用Minecraft创作出更多的作品。