增強現(xiàn)實（AR）技術下的計算思維教育游戲設計

◎梁成亮

（深圳市靈游互娛股份有限公司 廣東 深圳 518000）

隨著互聯(lián)網時代教育信息化的逐步成熟，現(xiàn)階段計算思維已成為人們所悉知的一種思維方式。計算機思維教育游戲設計必須滿足計算思維能力的多元化需求，同時要符合現(xiàn)代化創(chuàng)新思維。將增強現(xiàn)實（AR）技術下的計算機思維教育游戲設計能夠實現(xiàn)計算思維與教育游戲、增強現(xiàn)實（AR）技術相結合，能夠達到設計融合的根本目的。

一、教學內容分析

對增強現(xiàn)實（AR）技術下的計算思維教育游戲進行設計，不但要對其可行性、開發(fā)背景等進行分析，同時也要對其教學內容進行分析。在教學內容分析中，我們可以將其分為兩部分，一部分是計算思維分析，另一部分則是游戲設計分析。

首先，要對其進行計算思維分析，也可以說是對算法的分析。要通過科學的、數學的方法對問題進行定義。同時還要根據其特征建立合適的模型，進而對其數據信息進行分析、處理。通過對計算思維的分析，可以使計算思維教育游戲更加合理、科學，也可以降低游戲設計過程中出現(xiàn)BUG的概率。

其次，要進行游戲設計分析。主要考慮一下幾個問題：一是整體游戲的背景。選擇一些接近現(xiàn)實、且具有教育意義的游戲背景，使同學們可以在游戲過程中學習到相應的知識。二是對游戲界面進行分析。要切合實際，還要其簡潔明了，方便學生操作。三是為提高學生對計算思維教育游戲的興趣，可以在其中加入適當的挑戰(zhàn)目標，但設計難度需要適中。難度較大，將有可能導致學生失去信心；而難度較低，將會使其失去興趣。此外，還要加入一些實際有可能會出現(xiàn)的場景，進而增加計算思維教育游戲的可玩性。

二、學習者分析與教學目標分析

針對增強現(xiàn)實（AR）技術下的計算思維游戲進行設計，不但要對教學內容進行詳細設計分析，同時也要對用戶也就是學習者進行分析。本次游戲設計所面向的對象為高中學生。高中學生不但具有一定的知識儲備，也具有一定的獨立思考能力與解決問題的能力，高中生在學習過程中一般更喜歡在團隊中進行學習。因此，在對游戲設計時可以加入一些團隊協(xié)作的模式，并適度提升一些挑戰(zhàn)難度，供高中生進行思考與嘗試。通過這樣的設計，高中生不但可以在游戲中提高思維能力，同時還可以通過游戲培養(yǎng)團隊協(xié)作能力。

本次的教學目標是通過增強現(xiàn)實（AR）技術下的計算思維教育游戲，提高學生自身的思維能力，逐步培養(yǎng)教學團隊協(xié)作能力與分析問題、處理問題的能力。此外，還可以通過計算思維教育游戲使學生了解到一些相應的算法知識與軟件設計知識。

三、計算思維教育游戲設計

增強現(xiàn)實（AR）技術可以整合數字學習資源，以視頻、圖片、音頻等元素對真實環(huán)境進行信息補充、注釋現(xiàn)有空間，讓學生體驗到在現(xiàn)實世界中不可能觀測到的科學現(xiàn)象。

（一）實用開發(fā)工具

在實用技術方面，目前市場上有眾多的虛擬現(xiàn)實開發(fā)工具，而在虛擬現(xiàn)實開發(fā)過程中，人們往往均會使用Virtools這一開發(fā)工具。Virtools開發(fā)工具是一套整合的軟件，其不但可以對文字檔案進行整合，還可以對3D模型以及音頻、視屏等資料進行整合。在虛擬現(xiàn)實開發(fā)過程中，Virtools軟件還可以對虛擬環(huán)境進行編輯，從而使其更加真實，提高用戶的游戲體驗。與市面上所流傳的其他虛擬現(xiàn)實開發(fā)軟件相比，3D引擎功能更加強大。在操作以及接口的設計方面，Virtools這一軟件操作更加簡單、便捷，技術人員可以快速完成對應接口的連接以及相應模塊數據間的交互。

（二）游戲結構設計

在游戲結構設計方面，游戲設置多種難度，將AR技術和LBS技術相結合。用戶可以通過創(chuàng)建虛擬角色模型，虛擬和現(xiàn)實場景結合，并且加入現(xiàn)實地理位置，將熟悉的地理位置場景建模，玩家可以通過智能移動設備，操控虛擬角色，在現(xiàn)實和虛擬結合場景中進行迷宮尋路，我們在一些關鍵節(jié)點增加了NPC，玩家在迷宮尋路過程中如果遇到難度可以和NPC進行對話，NPC會提供一些線索，從而大幅度提高了該游戲的可玩性。

（三）腳本設計

在腳本設計方面，為了提高本游戲的可玩性以及游戲中NPC的智能性，我們加入了許多的腳本。這些腳本一部分負責相應模型的建立，而一部分腳本則負責界面的設計以及NPC對話的設計。這些腳本的設計，不但可以方便不同模塊之間的調用，同時還可以加強網絡模塊與服務器之間的數據交互。此外，在地圖渲染、模型渲染等方面，腳本設計也可以從一定程度上加快渲染引擎的工作。

（四）交互設計

在交互設計方面，本游戲只需要智能移動設備，游戲中包含主界面，道具系統(tǒng)，LBS系統(tǒng)，歷史線路查詢界面，NPC對話界面，設置界面，關卡地圖選擇界面。使玩家操作簡單，并且結合自身熟悉的地理場景，增加趣味性。

（五）快速建模。

在本次游戲的開發(fā)中，我們使用3DMAX建模，Unity引擎開發(fā)，加入ARKit框架，并且使用了百度地圖LBS功能。其中3DMAX是一款常用的建模軟件。其與CAD等建模軟件最大的區(qū)別便是3DMAX可以實現(xiàn)快速建模，其可以通過簡單的操作完成人物、場景以及物體的建模。而CAD在進行建模時則需要耗費大量的時間進行設計。

ARKit框架是蘋果公司所推出的一款AR設計框架，其不但可以實現(xiàn)面部識別，同時還可以對實際中的三維物體進行檢測，從而方便用戶可以隨時隨地的進行AR體驗。通過使用這一框架，不但可以有效增強本游戲的可玩性，還可以方便工程師快速進行三維模型的建立。

四、結語

通過實施增強現(xiàn)實（AR）技術下計算思維教育游戲的設計方案，意在鼓勵增強現(xiàn)實（AR）技術人員能夠在原有技術的基礎上不斷創(chuàng)新、改革，使這項技術能夠朝著一個更加成熟化的方向發(fā)展，進而帶動計算思維教育游戲的技術設計。目標是使學生能夠在虛擬和現(xiàn)實場景中，可以更直觀地感受到思維訓練游戲背后所蘊藏著的計算思維理念，強化學生的自主判斷能力和計算思維能力。