互動(dòng)競(jìng)技游戲與科普教育的結(jié)合

楊炎濤 熊世琛 葛海松

摘 要 在社會(huì)高速發(fā)展的今天，人們有著越來越豐富的娛樂方式和越來越挑剔的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。如何運(yùn)用最新的技術(shù)手段和設(shè)計(jì)理念，開發(fā)出引人入勝的展項(xiàng)，讓觀眾在體驗(yàn)之后猶有余味，這是科技館面臨的一大難題。以上海科技館“能源挑戰(zhàn)之旅”展項(xiàng)為例，說明如何將能源和環(huán)境知識(shí)映射為游戲元素，同時(shí)融入多人競(jìng)技和社交活動(dòng)，讓觀眾在競(jìng)爭(zhēng)中游戲，在游戲中思考，潛移默化地認(rèn)識(shí)到能源與環(huán)境平衡發(fā)展的關(guān)系。該展項(xiàng)的設(shè)計(jì)目標(biāo)不是讓觀眾學(xué)習(xí)具體的知識(shí)，而是對(duì)我們所處的地球產(chǎn)生關(guān)切，學(xué)會(huì)用辯證思維看問題。

關(guān)鍵詞 人機(jī)交互 能源教育 科普游戲

0 引言

能源是人類生存和文明發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ)，它不僅推動(dòng)了世界運(yùn)轉(zhuǎn)，而且推進(jìn)了文明進(jìn)步。能源需求始終與社會(huì)發(fā)展互相促進(jìn)?？萍紱Q定能源的未來，科技創(chuàng)造未來的能源。當(dāng)前，新一輪能源技術(shù)革命正在全球孕育興起，研究成果不斷涌現(xiàn)，正在并將持續(xù)改變世界的能源格局。

上?？萍拣^“能源新天地”展區(qū)承載著展示能源發(fā)展歷史、傳播能源科普知識(shí)、塑造正確能源觀的使命。時(shí)代在變化、地球在變化、需求在變化，我們將用新的技術(shù)手段和設(shè)計(jì)理念作為展示載體向觀眾傳播信息。面對(duì)枯燥的專業(yè)知識(shí)，如何才能讓觀眾變“被動(dòng)吸收”為“主動(dòng)探索”，正是核心展項(xiàng)設(shè)計(jì)的出發(fā)點(diǎn)。

以“能源挑戰(zhàn)之旅”展項(xiàng)為例，說明如何通過游戲化的方式融入能源知識(shí)，讓玩家在參與過程中理解平衡與和諧的精妙。我們?cè)谡鬼?xiàng)設(shè)計(jì)中依據(jù)互動(dòng)競(jìng)技的理念，把能源知識(shí)的獲取、環(huán)保意識(shí)的培養(yǎng)，轉(zhuǎn)化為體能和思維策略的比賽。每場(chǎng)游戲中有6名玩家同時(shí)參與，在有限的時(shí)間里，盡可能獲得最多的能源分?jǐn)?shù)，并產(chǎn)生最少的環(huán)境污染。這兩個(gè)核心元素既相輔相成，又彼此制約。玩家在競(jìng)技的壓迫感之中，不斷地深入思考二者的聯(lián)系，并制定相應(yīng)的游戲策略。

1 理論基礎(chǔ)

1.1 游戲形式演化

人類尋找和開發(fā)一種能源，必須考慮幾個(gè)方面：來源是否豐富？是否能夠可持續(xù)地獲得？開采、轉(zhuǎn)化和使用是否高效？是否產(chǎn)生環(huán)境污染？對(duì)人類是否有害？因此，某種能源的應(yīng)用既受到技術(shù)的限制，還涉及經(jīng)濟(jì)成本、能量轉(zhuǎn)化效率、環(huán)境保護(hù)、自然氣候、政治話語權(quán)等多種因素。

在“能源挑戰(zhàn)之旅”展項(xiàng)中，重點(diǎn)圍繞與能源發(fā)展密切相關(guān)的兩個(gè)方面：能源發(fā)展對(duì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展、地球環(huán)境的影響，對(duì)游戲?qū)傩?、?shù)值邏輯進(jìn)行設(shè)定。事實(shí)上，能源的開采是一種主動(dòng)行為。我們借助多媒體將相關(guān)能源投射在地面上，并通過體感交互獲取身體數(shù)據(jù)，以踩踏圖標(biāo)的形式采集能源，充分賦予玩家在開采策略上的自主性。同時(shí)，玩家在開采過程中所取得的分?jǐn)?shù)，以及對(duì)地球環(huán)境所產(chǎn)生的影響，將以微縮地球的形式進(jìn)行實(shí)時(shí)可視化呈現(xiàn)，讓玩家獲得直觀而生動(dòng)的感受，從而迅速評(píng)判游戲策略的優(yōu)劣并作出調(diào)整。

1.2 關(guān)鍵屬性提取

在“能源挑戰(zhàn)之旅”展項(xiàng)中，玩家可選擇各自的能源策略，了解日后能源的發(fā)展思路及制約因素。主要涉及三類能源：（1）傳統(tǒng)能源包括柴薪、煤炭、石油、天然氣等;（2）可再生能源包括太陽能、風(fēng)能、水能、生物質(zhì)能、氫能、地?zé)崮堋⒑Ｑ竽艿?（3）未來能源包括核聚變、核裂變等有待進(jìn)一步開發(fā)的能源。

如表1所示，將這三種能源類型分別對(duì)應(yīng)游戲中不同顏色的能量容器，并對(duì)能源的核心參數(shù)進(jìn)行提取和設(shè)定。其中，紅色代表傳統(tǒng)能源，綠色代表可再生能源，黃色代表未來能源。時(shí)間值指獲取該能源所需的時(shí)間成本，對(duì)應(yīng)該能源的開采難度。能量值對(duì)應(yīng)該能源的能量密度。環(huán)境值對(duì)應(yīng)該能源對(duì)環(huán)境的影響程度。建設(shè)值對(duì)應(yīng)開采該能源所需的建設(shè)投入。另，能量容器參數(shù)設(shè)定的依據(jù)：（1）數(shù)量——用地面圖標(biāo)的數(shù)量多少表示;（2）高效——用參與者踩中圖標(biāo)后的圖像變化時(shí)間表示;（3）安全——用需要耗費(fèi)的安全點(diǎn)數(shù)表示。

此外，基于能量密度、開采價(jià)值和開采投入，數(shù)值策略如下：傳統(tǒng)能源的能量密度中等，開采速度快，但環(huán)境污染大，適合前期少量開采。隨著傳統(tǒng)能源開采的增加，環(huán)境影響因子快速拉大，應(yīng)當(dāng)進(jìn)行綠色能源建設(shè)，中和原始積累的環(huán)境影響。由于未來能源的能量密度高、開采成本大，前期投入建設(shè)可有效提升整體分?jǐn)?shù)，而后期投入建設(shè)則難以收回建設(shè)成本。

1.3 數(shù)值模型建立

數(shù)值模型是游戲的內(nèi)在邏輯。如何將玩家的行為結(jié)果轉(zhuǎn)變?yōu)橛螒蚍謹(jǐn)?shù)，有賴于對(duì)游戲元素的關(guān)系進(jìn)行合理的數(shù)值映射。

能源發(fā)展、經(jīng)濟(jì)發(fā)展和環(huán)境保護(hù)之間存在相互制約的關(guān)系，在現(xiàn)實(shí)情況中是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)。在“能源挑戰(zhàn)之旅”展項(xiàng)中，玩家通過采集能量，會(huì)影響三個(gè)數(shù)值：（1）能源值——玩家通過踩踏地面各種類型的能源，可獲得對(duì)應(yīng)的能源值，收集的速度越快，單位能源值越高，總能源值就越高。（2）環(huán)境值——開采不同的能源，會(huì)對(duì)環(huán)境造成不同程度的影響，導(dǎo)致分?jǐn)?shù)降低或升高。玩家要在快速獲取能源值的過程中，盡量減少對(duì)環(huán)境值的損耗，否則就無法獲得較高的綜合值。（3）綜合值——通過經(jīng)濟(jì)發(fā)展分和環(huán)境發(fā)展分的加權(quán)計(jì)算得出，代表地球平衡發(fā)展的水平。

假設(shè)環(huán)境值為0～100分，初始數(shù)值為70分，平衡點(diǎn)為90分，警戒點(diǎn)為40分，90～100分之間環(huán)境值增長(zhǎng)非常緩慢，40～90分之間綜合值會(huì)受到環(huán)境值的劇烈影響。如圖1所示，環(huán)境值首先線性映射為0～1之間的數(shù)值，接著又映射了一個(gè)S曲線，表明對(duì)能源值的影響。

2 游戲設(shè)計(jì)

2.1 體驗(yàn)流程設(shè)計(jì)

如圖2所示，“能源挑戰(zhàn)之旅”展項(xiàng)的畫面背景為深邃的藍(lán)色空間內(nèi)不斷流動(dòng)的多彩粒子。游戲開始前，等待界面介紹了游戲規(guī)則?；?dòng)游戲共設(shè)三關(guān)，每關(guān)時(shí)長(zhǎng)為120 s（相同時(shí)長(zhǎng)容易延伸策略習(xí)慣），難度逐漸提高（主要體現(xiàn)在數(shù)量的變化和功能的解鎖）。玩家通過踩踏地面產(chǎn)生能量容器，從而獲取能量并消耗生命值。借助墻面的可視化地球，體現(xiàn)對(duì)應(yīng)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展?fàn)顩r及環(huán)境健康度，用感性的語言喚起玩家對(duì)能源的全新認(rèn)知。游戲結(jié)束后，終止界面顯示最終成績(jī)和總排名。

由圖3可知，本展項(xiàng)分為“吸引”“互動(dòng)”“思考”“獲得”四個(gè)環(huán)節(jié)。在具體實(shí)現(xiàn)上，充分考慮各年齡段及新手玩家的學(xué)習(xí)成本，從而降低了游戲的上手難度。

2.2 空間、交互和界面

“能源挑戰(zhàn)之旅”展項(xiàng)的定位是一個(gè)競(jìng)技型交互式多媒體游戲，尤其注重空間環(huán)境、交互技術(shù)和多媒體內(nèi)容之間的關(guān)系。如圖4所示，墻面高處屏幕作為“游戲排名展示區(qū)”顯示游戲進(jìn)程，吸引來往觀眾參與。墻面中間屏幕作為“玩家數(shù)據(jù)展示區(qū)”，與地面之間進(jìn)行信息交互，并呈現(xiàn)個(gè)人游戲得分進(jìn)展。地面屏幕采用壓感式LED，作為“玩家互動(dòng)游戲區(qū)”，通過視覺提示引導(dǎo)玩家開展踩踏式互動(dòng)。

同時(shí)，作為一個(gè)全身體感游戲，應(yīng)當(dāng)兼顧移動(dòng)視角、感應(yīng)靈敏度、反應(yīng)速度等諸多人因特征。如圖5所示，觸點(diǎn)范圍：雙腳踩踏地面的范圍在0.09～0.25 m2之間;運(yùn)動(dòng)空間：設(shè)定為長(zhǎng)3 m、寬1.5 m;可視范圍：以玩家為中心2 m內(nèi)，減少視覺搜索的時(shí)間。

2.3 游戲模型優(yōu)化

“能源挑戰(zhàn)之旅”展項(xiàng)面向的是非特定用戶，玩家的年齡跨度較大，且大部分人為初次體驗(yàn)。因此，在游戲細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)上需要具備可玩性、趣味性和挑戰(zhàn)性，易上手而難精通。

（1）可玩性

如圖6所示，玩家在正式進(jìn)入游戲之前，將逐步了解游戲的玩法。關(guān)卡設(shè)計(jì)調(diào)整：為了形成一致的游戲策略，不能調(diào)整數(shù)值的關(guān)系，只能調(diào)整數(shù)值的數(shù)量。關(guān)卡設(shè)為功能遞進(jìn)，第一關(guān)數(shù)量最少，只能采集;第二關(guān)數(shù)量增加，可建設(shè)少量基站;第三關(guān)可自由建設(shè)基站。

（2）趣味性

動(dòng)作游戲：在策略相當(dāng)?shù)那闆r下，敏銳的觀察和迅速的反應(yīng)是成功的關(guān)鍵。策略游戲：如果策略是錯(cuò)誤的，無論動(dòng)作有多快，都不能取得高分。本展項(xiàng)結(jié)合動(dòng)作游戲和策略游戲的特點(diǎn)，動(dòng)作游戲是表象，而策略游戲才是內(nèi)核。

（3）挑戰(zhàn)性

為了在采集能源與保護(hù)環(huán)境之間達(dá)到平衡，我們可采取以下三種策略。

配置策略：三種能源類型必須進(jìn)行組合搭配，并重視保護(hù)環(huán)境，減少傳統(tǒng)能源的開采。

時(shí)間策略：前期以建設(shè)基站為主，后期以開采能源為主，合理分配時(shí)間可有效提高整體的采集效率。

空間策略：密集建設(shè)基站，減少空置空間，從而避免無效跑動(dòng)。

2.4 游戲結(jié)果及行為映射

基礎(chǔ)框架完成后，通過模擬真實(shí)玩家的游戲行為，對(duì)游戲結(jié)果進(jìn)行仿真分析和驗(yàn)證，以評(píng)估游戲結(jié)果是否反映了典型情況（見表2）。

3 結(jié)果與討論

3.1 體驗(yàn)時(shí)長(zhǎng)分析

在1：1的環(huán)境模擬和樣本測(cè)試中，3 min以內(nèi)，玩家很難弄清游戲玩法。5～6 min，玩家進(jìn)入狀態(tài)，產(chǎn)生“再玩一次”的意愿，有著“下一次會(huì)更好”的信心。8～10 min，玩家出現(xiàn)不同程度的疲勞。因此，我們將游戲設(shè)為三回合，每回合為120 s，讓玩家漸進(jìn)式進(jìn)入游戲狀態(tài)，并且三次游戲的結(jié)果相對(duì)獨(dú)立，每次都能重拾樂趣。

3.2 吸引力指數(shù)和持續(xù)力指數(shù)

在模擬測(cè)試中，玩家對(duì)于運(yùn)用游戲策略獲得高分有著強(qiáng)烈的興趣，而熟悉策略的過程正是探究“能源”“經(jīng)濟(jì)”“環(huán)境”三者內(nèi)在關(guān)系的過程，因此達(dá)到了“寓教于樂”的設(shè)計(jì)初衷。游戲結(jié)果中既有必然性，也有偶然性。必然性是合理的策略和快速的動(dòng)作反應(yīng)必然取得勝利，而偶然性則是空間組合、時(shí)間組合、反應(yīng)速度等因素導(dǎo)致的結(jié)果會(huì)在一定范圍內(nèi)浮動(dòng)，這種不確定性從某種程度上增強(qiáng)了游戲的神秘感和吸引力，從而拓展了游戲的持續(xù)力和生命力。

4 結(jié)語

上?？萍拣^“能源新天地”展區(qū)的“能源挑戰(zhàn)之旅”展項(xiàng)在娛樂性與知識(shí)性的結(jié)合上進(jìn)行了有益的探索。針對(duì)展項(xiàng)的設(shè)計(jì)開發(fā)，我們緊抓一點(diǎn)，就是信息的傳達(dá)這個(gè)抽象化的過程。在科技館中，觀眾往往帶著相對(duì)明確的目的，同時(shí)也具有一定的群體特征。而互動(dòng)競(jìng)技游戲作為一個(gè)弱社交載體的存在，則提供了其他游戲所不具備的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。在充分考慮展項(xiàng)吞吐量、可維護(hù)性的基礎(chǔ)上，兼顧場(chǎng)館功能、觀眾需求，才能真正發(fā)揮科普游戲的優(yōu)勢(shì)。

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