科學(xué)網(wǎng)游
——極具發(fā)展?jié)摿Φ牡卣鹧芯啃吕?/h1>
2021-07-03 11:21:58劉文義張志鵬
地震地磁觀測與研究 2021年2期
劉文義 周 輝 張志鵬 張 點(diǎn) 徐 晶
（中國西安710054 中國地震局第二監(jiān)測中心）
我國的防震減災(zāi)工作重視地震科學(xué)的公眾理解和公眾參與?！吨腥A人民共和國防震減災(zāi)法》明確規(guī)定：“國家鼓勵、引導(dǎo)社會組織和個人開展地震群測群防活動，對地震進(jìn)行監(jiān)測和預(yù)防”“國家鼓勵、引導(dǎo)志愿者參加防震減災(zāi)活動”。傳統(tǒng)上，從科普、教育和宣傳的角度去理解和指導(dǎo)防震減災(zāi)的公眾理解和公眾參與。在新的社會條件下，這一思考問題的角度在一定程度上已不能適應(yīng)市場經(jīng)濟(jì)、技術(shù)進(jìn)步條件下防震減災(zāi)的社會需求。減輕地震災(zāi)害，需要全社會的共同參與，需要新的理論和新的技術(shù)支持。一個值得借鑒的科研模式，是“公民科學(xué)”研究模式；一個值得借鑒的新技術(shù)，就是在線網(wǎng)絡(luò)游戲技術(shù)。如今，功能游戲正在成為科學(xué)研究的有效工具。
1 通過“游戲”獲得數(shù)據(jù)已成為一種趨勢
當(dāng)今科學(xué)界正隨著大數(shù)據(jù)時代的到來而轉(zhuǎn)型，在科研4.0 時代，科研數(shù)據(jù)正成為科學(xué)發(fā)現(xiàn)的最大影響因素。傳統(tǒng)的科學(xué)研究是問題導(dǎo)向的研究，而大數(shù)據(jù)時代的科學(xué)第四范式下的科學(xué)研究的核心是通過產(chǎn)生大量數(shù)據(jù)而產(chǎn)生問題。
除觀測數(shù)據(jù)、實(shí)驗數(shù)據(jù)、計算數(shù)據(jù)、模擬數(shù)據(jù)外，通過“游戲”獲得數(shù)據(jù)已成為一種趨勢。e-Science 時代，科研活動在技術(shù)手段、研究方法、交流形式、開展模式、評價方式等方面發(fā)生著改變和變革。科研人員呈現(xiàn)多樣化，除了普通科研人員，還有公民科學(xué)家。公眾科學(xué)（Citizen Science）已成為科學(xué)研究的新形式。
2 功能游戲正在成為科學(xué)研究的有效工具
如今，游戲成了繼繪畫、建筑、音樂等8 大藝術(shù)之后的第9 藝術(shù)，已成為人類生活的一部分。2018 年的人口普查結(jié)果顯示，我國居民已超過14 億，而游戲用戶達(dá)6.07 億，約占全國人口總數(shù)的3/7，且游戲用戶數(shù)量依舊呈增長趨勢。全球用戶每周花在游戲上的時間已經(jīng)累計超過30 億小時。
想想看，植入小游戲科研從中轉(zhuǎn)化哪怕一點(diǎn)點(diǎn)時間會怎么樣？“玩家整天在虛擬世界里解決各種難題，他們完全有能力為科學(xué)研究的現(xiàn)實(shí)問題做出貢獻(xiàn)”。功能游戲正在成為科學(xué)研究的有效工具。2011 年，一款讓玩家參與折疊蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的在線游戲——Foldit 玩家，在57 000 玩家參與下，只用時不到3 周，就破解了一個15 年都未能解決的科學(xué)問題。
3 “震立方”的設(shè)計思路和架構(gòu)
（1）設(shè)計思路?；谖⑿庞螒蚱脚_和與云游戲流相結(jié)合的思想，設(shè)計地震網(wǎng)絡(luò)科研游戲“震立方”。地震網(wǎng)絡(luò)科研游戲由玩家游戲端和地震數(shù)據(jù)采集端2 部分組成（圖1）。玩家游戲端初期按“俄羅斯方塊”的設(shè)計思路進(jìn)行設(shè)計。地震數(shù)據(jù)采集端，主要由算法和地震情景組成，而地震情景考慮OFC 模型、CA 模型及級聯(lián)破裂模式3 種。
圖1 “震立方”的設(shè)計思路Fig.1 Design idea of “earthquake cube”
（2）技術(shù)架構(gòu)。玩家游戲端計劃利用微信小游戲來實(shí)現(xiàn)和發(fā)布，小游戲可在微信內(nèi)被便捷地獲取和傳播，即點(diǎn)即玩，具備出色的用戶體驗。微信小游戲技術(shù)架構(gòu)見圖2。
圖2 游戲技術(shù)架構(gòu)Fig.2 Science online game technology architecture
從開發(fā)視角來看，小游戲是一個基于Canvas/WebGL+微信社交開放能力的新平臺。在框架上分為3 層，是一個典型的分層架構(gòu)。小游戲的運(yùn)行環(huán)境實(shí)際是微信的原生環(huán)境，游戲代碼并不通過瀏覽器來執(zhí)行，而是通過微信內(nèi)置的基于瀏覽器的解析器引擎（也可稱為一種容器）來執(zhí)行。容器屏蔽了不同手機(jī)端操作系統(tǒng)（Android、iOS）的差異，利用JavaScript 解析器統(tǒng)一為游戲引擎和游戲代碼提供API 接口。但是其功能受到一些限制，不支持HTML 標(biāo)簽的解析及CSS 和DOM、BOM 的解析等。而基于這個容器小游戲能獲得更多的系統(tǒng)權(quán)限，如網(wǎng)絡(luò)通信狀態(tài)、數(shù)據(jù)緩存能力等。小游戲支持JavaScript 語言開發(fā)，也支持可以編譯為JavaScript 的TypeScript 和CoffeeScript。
（3）游戲引擎。游戲引擎可以降低開發(fā)者門檻，縮短項目周期?！罢鹆⒎健庇螒蜷_發(fā)將采用Cocos Creator 作為游戲引擎。Cocos Creator 是微信小游戲官方推薦的引擎之一，是由雅基軟件開發(fā)的一個完整的游戲開發(fā)解決方案，包含游戲引擎、資源管理、場景編輯、游戲預(yù)覽和發(fā)布等游戲開發(fā)所需的全套功能，擁有組件化開發(fā)和數(shù)據(jù)驅(qū)動的特點(diǎn)與優(yōu)勢。Cocos Creator 擁有游戲用到的Canvas（適配不同屏幕）、Label（文字相關(guān)設(shè)置的節(jié)點(diǎn)）、AudioSource（游戲音效相關(guān)控制）、Sprite（渲染節(jié)點(diǎn)）、Button（響應(yīng)用戶交互事件）、BoxCollier（檢測碰撞）和 MotionSteak（設(shè)置觸點(diǎn)拖尾的效果）等組件。
游戲的本質(zhì)是一種思維策略，擁有明晰的目標(biāo)，及時的激勵反饋和互動協(xié)同的機(jī)制。將這種思維方式應(yīng)用到地震情景中，將為地震研究打開一個全新視角?？蒲杏螒蚴钱a(chǎn)、學(xué)、研相結(jié)合的典范，其特點(diǎn)是游戲研發(fā)需借助科學(xué)理論支撐，這就使得游戲研發(fā)往往需要政府的引導(dǎo)和支持，需要專業(yè)科研人員的前期研究，需要產(chǎn)學(xué)研深度結(jié)合。
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1 通過“游戲”獲得數(shù)據(jù)已成為一種趨勢
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2 功能游戲正在成為科學(xué)研究的有效工具
如今，游戲成了繼繪畫、建筑、音樂等8 大藝術(shù)之后的第9 藝術(shù)，已成為人類生活的一部分。2018 年的人口普查結(jié)果顯示，我國居民已超過14 億，而游戲用戶達(dá)6.07 億，約占全國人口總數(shù)的3/7，且游戲用戶數(shù)量依舊呈增長趨勢。全球用戶每周花在游戲上的時間已經(jīng)累計超過30 億小時。
想想看，植入小游戲科研從中轉(zhuǎn)化哪怕一點(diǎn)點(diǎn)時間會怎么樣？“玩家整天在虛擬世界里解決各種難題，他們完全有能力為科學(xué)研究的現(xiàn)實(shí)問題做出貢獻(xiàn)”。功能游戲正在成為科學(xué)研究的有效工具。2011 年，一款讓玩家參與折疊蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的在線游戲——Foldit 玩家，在57 000 玩家參與下，只用時不到3 周，就破解了一個15 年都未能解決的科學(xué)問題。
3 “震立方”的設(shè)計思路和架構(gòu)
（1）設(shè)計思路?；谖⑿庞螒蚱脚_和與云游戲流相結(jié)合的思想，設(shè)計地震網(wǎng)絡(luò)科研游戲“震立方”。地震網(wǎng)絡(luò)科研游戲由玩家游戲端和地震數(shù)據(jù)采集端2 部分組成（圖1）。玩家游戲端初期按“俄羅斯方塊”的設(shè)計思路進(jìn)行設(shè)計。地震數(shù)據(jù)采集端，主要由算法和地震情景組成，而地震情景考慮OFC 模型、CA 模型及級聯(lián)破裂模式3 種。
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（2）技術(shù)架構(gòu)。玩家游戲端計劃利用微信小游戲來實(shí)現(xiàn)和發(fā)布，小游戲可在微信內(nèi)被便捷地獲取和傳播，即點(diǎn)即玩，具備出色的用戶體驗。微信小游戲技術(shù)架構(gòu)見圖2。
圖2 游戲技術(shù)架構(gòu)Fig.2 Science online game technology architecture
從開發(fā)視角來看，小游戲是一個基于Canvas/WebGL+微信社交開放能力的新平臺。在框架上分為3 層，是一個典型的分層架構(gòu)。小游戲的運(yùn)行環(huán)境實(shí)際是微信的原生環(huán)境，游戲代碼并不通過瀏覽器來執(zhí)行，而是通過微信內(nèi)置的基于瀏覽器的解析器引擎（也可稱為一種容器）來執(zhí)行。容器屏蔽了不同手機(jī)端操作系統(tǒng)（Android、iOS）的差異，利用JavaScript 解析器統(tǒng)一為游戲引擎和游戲代碼提供API 接口。但是其功能受到一些限制，不支持HTML 標(biāo)簽的解析及CSS 和DOM、BOM 的解析等。而基于這個容器小游戲能獲得更多的系統(tǒng)權(quán)限，如網(wǎng)絡(luò)通信狀態(tài)、數(shù)據(jù)緩存能力等。小游戲支持JavaScript 語言開發(fā)，也支持可以編譯為JavaScript 的TypeScript 和CoffeeScript。
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游戲的本質(zhì)是一種思維策略，擁有明晰的目標(biāo)，及時的激勵反饋和互動協(xié)同的機(jī)制。將這種思維方式應(yīng)用到地震情景中，將為地震研究打開一個全新視角?？蒲杏螒蚴钱a(chǎn)、學(xué)、研相結(jié)合的典范，其特點(diǎn)是游戲研發(fā)需借助科學(xué)理論支撐，這就使得游戲研發(fā)往往需要政府的引導(dǎo)和支持，需要專業(yè)科研人員的前期研究，需要產(chǎn)學(xué)研深度結(jié)合。
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