基于增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)的幼兒科普教育游戲開發(fā)

張衡 肖浩然 李嬌 陳智 柳旭

摘 要： 本文基于增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（AR）技術(shù)的兒童教育游戲設(shè)計(jì)實(shí)踐為例，通過研究分析3-6歲學(xué)齡前兒童的認(rèn)知及行為特征，設(shè)計(jì)出適用于3-6歲幼兒科普教育游戲《AR恐龍博物館》。以益智游戲的形式幫助兒童了解和認(rèn)識(shí)恐龍，并且鍛煉兒童的眼、手、腦協(xié)調(diào)能力和探索知識(shí)之興趣。游戲包含多個(gè)恐龍的二維形象及三維動(dòng)畫，在親子或兒童之間的游戲過程中，可以充分了解恐龍的不同特征、習(xí)性及其進(jìn)化、滅絕之過程。

關(guān)鍵詞： 增強(qiáng)現(xiàn)實(shí) 幼兒科普 教育游戲 游戲開發(fā)

中圖分類號(hào)：G43 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2016）04（b）-0000-00

1 引言

幼兒在游戲的過程中獲得探索和認(rèn)知世界的技能，游戲是其成長過程中必不可少的活動(dòng)。隨著智能手機(jī)和平板電腦等移動(dòng)設(shè)備的普及，虛擬現(xiàn)實(shí)和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（VR&AR）技術(shù)的發(fā)展，使兒童教育游戲以數(shù)字媒體為載體呈現(xiàn)出形式多樣、生機(jī)盎然的趨勢，并且成為陪伴幼兒成長的重要途徑。本文介紹了一種基于增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)（AR）幼兒教育游戲的新玩法，是一款以恐龍為主題形象，面向3-6歲幼兒，促進(jìn)其智力、認(rèn)知和動(dòng)手能力發(fā)展的AR教育游戲。

2 游戲概念及規(guī)則設(shè)定

本課題設(shè)計(jì)了一種結(jié)合增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)、實(shí)物玩具和數(shù)字媒體內(nèi)容的游戲新玩法，大大提升了現(xiàn)有增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)科普游戲的交互性及娛樂性。游戲方案是：將增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)與游戲角色玩具卡片、獨(dú)創(chuàng)的游戲地圖相結(jié)合。以恐龍角色玩具卡片作為玩家角色，并設(shè)計(jì)相應(yīng)的主題場景作為游戲地圖，以棋牌或?qū)?zhàn)的形式進(jìn)行游戲，游戲過程中通過AR技術(shù)可獲得更加生動(dòng)形象的游戲動(dòng)畫效果和科普內(nèi)容。游戲可由最多四個(gè)玩家同時(shí)進(jìn)行，每個(gè)玩家擁有一張恐龍角色卡片，不同玩家對(duì)應(yīng)不同的起點(diǎn)和終點(diǎn)。游戲規(guī)則類似飛行棋玩法，并結(jié)合幼兒認(rèn)知特點(diǎn)加以簡化和改良。

安裝并打開游戲APP后，用攝像頭掃描游戲地圖和角色卡片，屏幕將出現(xiàn)3D角色和場景，當(dāng)移動(dòng)角色卡片觸發(fā)地圖中的關(guān)卡或障礙時(shí)，可在屏幕上觀看相應(yīng)的恐龍角色動(dòng)畫，伴有恐龍習(xí)性等科普內(nèi)容。地圖中的關(guān)卡障礙會(huì)隨機(jī)變換，需掃描恐龍卡片答題闖關(guān)。游戲過程中涵蓋了恐龍時(shí)期的動(dòng)植物特點(diǎn)、歷史知識(shí)、考古挖掘等科普內(nèi)容，寓教于樂。

3 游戲開發(fā)過程

為符合3-6歲幼兒的視覺認(rèn)知特點(diǎn)，游戲UI的美術(shù)風(fēng)格選用顏色飽滿、線條流暢的卡通風(fēng)格，游戲場景和內(nèi)容采用二維形象與三維角色動(dòng)畫相結(jié)合。抽象具象并現(xiàn)，更激發(fā)幼兒的想象力和審美情緒。

3.1游戲2D美術(shù)設(shè)計(jì)

本游戲涉及的UI和恐龍卡通形象，均使用矢量卡通風(fēng)格，夸張了恐龍的造型特征，簡化了恐龍四肢及軀干上的細(xì)節(jié)刻畫，以符合兒童審美認(rèn)知特點(diǎn)。以 “三角龍”為例，三角龍最顯著的特征是其頭上的三只角、巨大的頭盾、尖尖的嘴，在設(shè)計(jì)時(shí)筆者保留了這些特征。為了使線條更加流暢優(yōu)美，用粗線條完成造型輪廓，然后進(jìn)行填色以及陰影刻畫。

3.2三維模型及動(dòng)畫制作

三維模型是游戲場景及角色動(dòng)畫的主要構(gòu)成元素，三維模型和動(dòng)畫的質(zhì)量及文件大小對(duì)游戲至關(guān)重要，此外模型動(dòng)畫的資源包在下游平臺(tái)的通用性也需要考慮。建模和動(dòng)畫是個(gè)復(fù)雜而繁瑣的過程，需要建模師對(duì)設(shè)計(jì)對(duì)象的各角度有全局把控能力，是技術(shù)性操作與藝術(shù)化處理的集中體現(xiàn)。關(guān)于三維模型制作、貼圖以及骨骼綁定、動(dòng)畫的制作，筆者在此不多贅述。

3.3 Unity游戲資源整合及游戲編程

本課題游戲架構(gòu)和程序均在開源游戲引擎Unity中進(jìn)行搭建和開發(fā)，是目前主流的通用性游戲引擎之一，可以整合2D和3D游戲資源，可以后期發(fā)布成多平臺(tái)游戲安裝包，也是非常適合兒童教育游戲開發(fā)的游戲平臺(tái)。本游戲選擇Android編譯平臺(tái)進(jìn)行游戲的開發(fā)。此外，還要提前將游戲窗口的分辨率大小進(jìn)行設(shè)置，以方便后期的界面交互設(shè)計(jì)。在此，筆者將游戲窗口分辨率設(shè)為2560*1440，Unity可以自動(dòng)適配不同設(shè)備的屏幕，以保證市場上大部分移動(dòng)設(shè)備屏幕的顯示效果。

4總結(jié)

本課題游戲的主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)如下：首先是將增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)融入到幼兒教育游戲中，提升了教育游戲的趣味性；其次是創(chuàng)新了一種整合玩具與數(shù)字游戲互動(dòng)的游戲玩法，增強(qiáng)了AR教育游戲的交互性；最后是游戲巧妙地將恐龍百科知識(shí)融入游戲關(guān)卡中，兒童玩家只有了解相關(guān)知識(shí)才能通關(guān)，增強(qiáng)了教育游戲的教育性。實(shí)踐證明，技術(shù)的每個(gè)進(jìn)步都會(huì)對(duì)教育產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。筆者希望此次將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)引入兒童教育游戲的嘗試，更能夠從多感官吸引兒童的注意力，調(diào)動(dòng)其學(xué)習(xí)積極性，能夠切實(shí)應(yīng)用到兒童互動(dòng)教育的環(huán)節(jié)之中。

5 感謝

本課題由常州市科技支撐項(xiàng)目提供支持：《基于互聯(lián)網(wǎng)的幼兒多元智能教育游戲平臺(tái)的研發(fā)與應(yīng)用（編號(hào)：CE20155059）》；且為河海大學(xué)2015-2016年度《江蘇省省級(jí)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練指導(dǎo)項(xiàng)目（編號(hào)：201510294043X）》。

參考文獻(xiàn)

[1]陳向東，蔣中望.增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)教育游戲的應(yīng)用[J].遠(yuǎn)程教育雜志，2012.10

[2]李和森.探議與幼兒行為特征關(guān)聯(lián)的玩具造型設(shè)計(jì)要素[J].美術(shù)教育研究，2014.02

[3]譚磊.幼兒益智游戲設(shè)計(jì)方法與實(shí)現(xiàn)[D].華中師范大學(xué)，2014.05

[4]胡智標(biāo).論現(xiàn)代信息技術(shù)引領(lǐng)下的遠(yuǎn)程教育變革[J].成人教育，2013.7

[5]齊立森，皮宗輝，徐苗，王樹國.增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的技術(shù)類型與教育應(yīng)用[J].現(xiàn)代教育技術(shù)，2014.11