◎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(wǎng)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(shè)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(shù)下的計算機思維教育游戲設(shè)計能夠?qū)崿F(xiàn)計算思維與教育游戲、增強現(xiàn)實（AR）技術(shù)相結(jié)合，能夠達到設(shè)計融合的根本目的。

一、教學(xué)內(nèi)容分析

對增強現(xiàn)實（AR）技術(shù)下的計算思維教育游戲進行設(shè)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(xué)內(nèi)容進行分析。在教學(xué)內(nèi)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(shè)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(xué)的、數(shù)學(xué)的方法對問題進行定義。同時還要根據(jù)其特征建立合適的模型，進而對其數(shù)據(jù)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(xué)，也可以降低游戲設(shè)計過程中出現(xiàn)BUG的概率。

其次，要進行游戲設(shè)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(xué)們可以在游戲過程中學(xué)習(xí)到相應(yīng)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(xué)生操作。三是為提高學(xué)生對計算思維教育游戲的興趣，可以在其中加入適當?shù)奶魬?zhàn)目標，但設(shè)計難度需要適中。難度較大，將有可能導(dǎo)致學(xué)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(xué)習(xí)者分析與教學(xué)目標分析

針對增強現(xiàn)實（AR）技術(shù)下的計算思維游戲進行設(shè)計，不但要對教學(xué)內(nèi)容進行詳細設(shè)計分析，同時也要對用戶也就是學(xué)習(xí)者進行分析。本次游戲設(shè)計所面向的對象為高中學(xué)生。高中學(xué)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(xué)習(xí)過程中一般更喜歡在團隊中進行學(xué)習(xí)。因此，在對游戲設(shè)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(shè)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(xué)目標是通過增強現(xiàn)實（AR）技術(shù)下的計算思維教育游戲，提高學(xué)生自身的思維能力，逐步培養(yǎng)教學(xué)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(xué)生了解到一些相應(yīng)的算法知識與軟件設(shè)計知識。

三、計算思維教育游戲設(shè)計

增強現(xiàn)實（AR）技術(shù)可以整合數(shù)字學(xué)習(xí)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(xué)生體驗到在現(xiàn)實世界中不可能觀測到的科學(xué)現(xiàn)象。

（一）實用開發(fā)工具

在實用技術(shù)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(shè)計方面，Virtools這一軟件操作更加簡單、便捷，技術(shù)人員可以快速完成對應(yīng)接口的連接以及相應(yīng)模塊數(shù)據(jù)間的交互。

（二）游戲結(jié)構(gòu)設(shè)計

在游戲結(jié)構(gòu)設(shè)計方面，游戲設(shè)置多種難度，將AR技術(shù)和LBS技術(shù)相結(jié)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(jié)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(shè)備，操控虛擬角色，在現(xiàn)實和虛擬結(jié)合場景中進行迷宮尋路，我們在一些關(guān)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(shè)計

在腳本設(shè)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(yīng)模型的建立，而一部分腳本則負責界面的設(shè)計以及NPC對話的設(shè)計。這些腳本的設(shè)計，不但可以方便不同模塊之間的調(diào)用，同時還可以加強網(wǎng)絡(luò)模塊與服務(wù)器之間的數(shù)據(jù)交互。此外，在地圖渲染、模型渲染等方面，腳本設(shè)計也可以從一定程度上加快渲染引擎的工作。

（四）交互設(shè)計

在交互設(shè)計方面，本游戲只需要智能移動設(shè)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(shè)置界面，關(guān)卡地圖選擇界面。使玩家操作簡單，并且結(jié)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(shè)計。

ARKit框架是蘋果公司所推出的一款A(yù)R設(shè)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(jié)語

通過實施增強現(xiàn)實（AR）技術(shù)下計算思維教育游戲的設(shè)計方案，意在鼓勵增強現(xiàn)實（AR）技術(shù)人員能夠在原有技術(shù)的基礎(chǔ)上不斷創(chuàng)新、改革，使這項技術(shù)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(shù)設(shè)計。目標是使學(xué)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(xùn)練游戲背后所蘊藏著的計算思維理念，強化學(xué)生的自主判斷能力和計算思維能力。