基于增強現實技術的幼兒科普教育游戲開發

張衡 肖浩然 李嬌 陳智 柳旭

摘 要： 本文基于增強現實（AR）技術的兒童教育游戲設計實踐為例，通過研究分析3-6歲學齡前兒童的認知及行為特征，設計出適用于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識恐龍，并且鍛煉兒童的眼、手、腦協調能力和探索知識之興趣。游戲包含多個恐龍的二維形象及三維動畫，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、習性及其進化、滅絕之過程。

關鍵詞： 增強現實 幼兒科普 教育游戲 游戲開發

中圖分類號：G43 文獻標識碼：A 文章編號：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知世界的技能，游戲是其成長過程中必不可少的活動。隨著智能手機和平板電腦等移動設備的普及，虛擬現實和增強現實（VR&AR）技術的發展，使兒童教育游戲以數字媒體為載體呈現出形式多樣、生機盎然的趨勢，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現實技術（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，促進其智力、認知和動手能力發展的AR教育游戲。

2 游戲概念及規則設定

本課題設計了一種結合增強現實技術、實物玩具和數字媒體內容的游戲新玩法，大大提升了現有增強現實科普游戲的交互性及娛樂性。游戲方案是：將增強現實技術與游戲角色玩具卡片、獨創的游戲地圖相結合。以恐龍角色玩具卡片作為玩家角色，并設計相應的主題場景作為游戲地圖，以棋牌或對戰的形式進行游戲，游戲過程中通過AR技術可獲得更加生動形象的游戲動畫效果和科普內容。游戲可由最多四個玩家同時進行，每個玩家擁有一張恐龍角色卡片，不同玩家對應不同的起點和終點。游戲規則類似飛行棋玩法，并結合幼兒認知特點加以簡化和改良。

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3D角色和場景，當移動角色卡片觸發地圖中的關卡或障礙時，可在屏幕上觀看相應的恐龍角色動畫，伴有恐龍習性等科普內容。地圖中的關卡障礙會隨機變換，需掃描恐龍卡片答題闖關。游戲過程中涵蓋了恐龍時期的動植物特點、歷史知識、考古挖掘等科普內容，寓教于樂。

3 游戲開發過程

為符合3-6歲幼兒的視覺認知特點，游戲UI的美術風格選用顏色飽滿、線條流暢的卡通風格，游戲場景和內容采用二維形象與三維角色動畫相結合。抽象具象并現，更激發幼兒的想象力和審美情緒。

3.1游戲2D美術設計

本游戲涉及的UI和恐龍卡通形象，均使用矢量卡通風格，夸張了恐龍的造型特征，簡化了恐龍四肢及軀干上的細節刻畫，以符合兒童審美認知特點。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，在設計時筆者保留了這些特征。為了使線條更加流暢優美，用粗線條完成造型輪廓，然后進行填色以及陰影刻畫。

3.2三維模型及動畫制作

三維模型是游戲場景及角色動畫的主要構成元素，三維模型和動畫的質量及文件大小對游戲至關重要，此外模型動畫的資源包在下游平臺的通用性也需要考慮。建模和動畫是個復雜而繁瑣的過程，需要建模師對設計對象的各角度有全局把控能力，是技術性操作與藝術化處理的集中體現。關于三維模型制作、貼圖以及骨骼綁定、動畫的制作，筆者在此不多贅述。

3.3 Unity游戲資源整合及游戲編程

本課題游戲架構和程序均在開源游戲引擎Unity中進行搭建和開發，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，可以后期發布成多平臺游戲安裝包，也是非常適合兒童教育游戲開發的游戲平臺。本游戲選擇Android編譯平臺進行游戲的開發。此外，還要提前將游戲窗口的分辨率大小進行設置，以方便后期的界面交互設計。在此，筆者將游戲窗口分辨率設為2560*1440，Unity可以自動適配不同設備的屏幕，以保證市場上大部分移動設備屏幕的顯示效果。

4總結

本課題游戲的主要創新點如下：首先是將增強現實技術融入到幼兒教育游戲中，提升了教育游戲的趣味性；其次是創新了一種整合玩具與數字游戲互動的游戲玩法，增強了AR教育游戲的交互性；最后是游戲巧妙地將恐龍百科知識融入游戲關卡中，兒童玩家只有了解相關知識才能通關，增強了教育游戲的教育性。實踐證明，技術的每個進步都會對教育產生深遠影響。筆者希望此次將虛擬現實技術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，調動其學習積極性，能夠切實應用到兒童互動教育的環節之中。

5 感謝

本課題由常州市科技支撐項目提供支持：《基于互聯網的幼兒多元智能教育游戲平臺的研發與應用（編號：CE20155059）》；且為河海大學2015-2016年度《江蘇省省級大學生創新創業訓練指導項目（編號：201510294043X）》。

參考文獻

[1]陳向東，蔣中望.增強現實教育游戲的應用[J].遠程教育雜志，2012.10

[2]李和森.探議與幼兒行為特征關聯的玩具造型設計要素[J].美術教育研究，2014.02

[3]譚磊.幼兒益智游戲設計方法與實現[D].華中師范大學，2014.05

[4]胡智標.論現代信息技術引領下的遠程教育變革[J].成人教育，2013.7

[5]齊立森，皮宗輝，徐苗，王樹國.增強現實的技術類型與教育應用[J].現代教育技術，2014.11