增强现实（AR）技术下的计算思维教育游戏设计

◎梁成亮

（深圳市灵游互娱股份有限公司 广东 深圳 518000）

随着互联网时代教育信息化的逐步成熟，现阶段计算思维已成为人们所悉知的一种思维方式。计算机思维教育游戏设计必须满足计算思维能力的多元化需求，同时要符合现代化创新思维。将增强现实（AR）技术下的计算机思维教育游戏设计能够实现计算思维与教育游戏、增强现实（AR）技术相结合，能够达到设计融合的根本目的。

一、教学内容分析

对增强现实（AR）技术下的计算思维教育游戏进行设计，不但要对其可行性、开发背景等进行分析，同时也要对其教学内容进行分析。在教学内容分析中，我们可以将其分为两部分，一部分是计算思维分析，另一部分则是游戏设计分析。

首先，要对其进行计算思维分析，也可以说是对算法的分析。要通过科学的、数学的方法对问题进行定义。同时还要根据其特征建立合适的模型，进而对其数据信息进行分析、处理。通过对计算思维的分析，可以使计算思维教育游戏更加合理、科学，也可以降低游戏设计过程中出现BUG的概率。

其次，要进行游戏设计分析。主要考虑一下几个问题：一是整体游戏的背景。选择一些接近现实、且具有教育意义的游戏背景，使同学们可以在游戏过程中学习到相应的知识。二是对游戏界面进行分析。要切合实际，还要其简洁明了，方便学生操作。三是为提高学生对计算思维教育游戏的兴趣，可以在其中加入适当的挑战目标，但设计难度需要适中。难度较大，将有可能导致学生失去信心；而难度较低，将会使其失去兴趣。此外，还要加入一些实际有可能会出现的场景，进而增加计算思维教育游戏的可玩性。

二、学习者分析与教学目标分析

针对增强现实（AR）技术下的计算思维游戏进行设计，不但要对教学内容进行详细设计分析，同时也要对用户也就是学习者进行分析。本次游戏设计所面向的对象为高中学生。高中学生不但具有一定的知识储备，也具有一定的独立思考能力与解决问题的能力，高中生在学习过程中一般更喜欢在团队中进行学习。因此，在对游戏设计时可以加入一些团队协作的模式，并适度提升一些挑战难度，供高中生进行思考与尝试。通过这样的设计，高中生不但可以在游戏中提高思维能力，同时还可以通过游戏培养团队协作能力。

本次的教学目标是通过增强现实（AR）技术下的计算思维教育游戏，提高学生自身的思维能力，逐步培养教学团队协作能力与分析问题、处理问题的能力。此外，还可以通过计算思维教育游戏使学生了解到一些相应的算法知识与软件设计知识。

三、计算思维教育游戏设计

增强现实（AR）技术可以整合数字学习资源，以视频、图片、音频等元素对真实环境进行信息补充、注释现有空间，让学生体验到在现实世界中不可能观测到的科学现象。

（一）实用开发工具

在实用技术方面，目前市场上有众多的虚拟现实开发工具，而在虚拟现实开发过程中，人们往往均会使用Virtools这一开发工具。Virtools开发工具是一套整合的软件，其不但可以对文字档案进行整合，还可以对3D模型以及音频、视屏等资料进行整合。在虚拟现实开发过程中，Virtools软件还可以对虚拟环境进行编辑，从而使其更加真实，提高用户的游戏体验。与市面上所流传的其他虚拟现实开发软件相比，3D引擎功能更加强大。在操作以及接口的设计方面，Virtools这一软件操作更加简单、便捷，技术人员可以快速完成对应接口的连接以及相应模块数据间的交互。

（二）游戏结构设计

在游戏结构设计方面，游戏设置多种难度，将AR技术和LBS技术相结合。用户可以通过创建虚拟角色模型，虚拟和现实场景结合，并且加入现实地理位置，将熟悉的地理位置场景建模，玩家可以通过智能移动设备，操控虚拟角色，在现实和虚拟结合场景中进行迷宫寻路，我们在一些关键节点增加了NPC，玩家在迷宫寻路过程中如果遇到难度可以和NPC进行对话，NPC会提供一些线索，从而大幅度提高了该游戏的可玩性。

（三）脚本设计

在脚本设计方面，为了提高本游戏的可玩性以及游戏中NPC的智能性，我们加入了许多的脚本。这些脚本一部分负责相应模型的建立，而一部分脚本则负责界面的设计以及NPC对话的设计。这些脚本的设计，不但可以方便不同模块之间的调用，同时还可以加强网络模块与服务器之间的数据交互。此外，在地图渲染、模型渲染等方面，脚本设计也可以从一定程度上加快渲染引擎的工作。

（四）交互设计

在交互设计方面，本游戏只需要智能移动设备，游戏中包含主界面，道具系统，LBS系统，历史线路查询界面，NPC对话界面，设置界面，关卡地图选择界面。使玩家操作简单，并且结合自身熟悉的地理场景，增加趣味性。

（五）快速建模。

在本次游戏的开发中，我们使用3DMAX建模，Unity引擎开发，加入ARKit框架，并且使用了百度地图LBS功能。其中3DMAX是一款常用的建模软件。其与CAD等建模软件最大的区别便是3DMAX可以实现快速建模，其可以通过简单的操作完成人物、场景以及物体的建模。而CAD在进行建模时则需要耗费大量的时间进行设计。

ARKit框架是苹果公司所推出的一款AR设计框架，其不但可以实现面部识别，同时还可以对实际中的三维物体进行检测，从而方便用户可以随时随地的进行AR体验。通过使用这一框架，不但可以有效增强本游戏的可玩性，还可以方便工程师快速进行三维模型的建立。

四、结语

通过实施增强现实（AR）技术下计算思维教育游戏的设计方案，意在鼓励增强现实（AR）技术人员能够在原有技术的基础上不断创新、改革，使这项技术能够朝着一个更加成熟化的方向发展，进而带动计算思维教育游戏的技术设计。目标是使学生能够在虚拟和现实场景中，可以更直观地感受到思维训练游戏背后所蕴藏着的计算思维理念，强化学生的自主判断能力和计算思维能力。