設(shè)計(jì)一個(gè)多人互動(dòng)游戲

謝作如 陸雅楠

利用編程軟件和開源硬件制作的人機(jī)互動(dòng)游戲案例已經(jīng)越來(lái)越多，但是多人互動(dòng)的游戲卻很少見，因?yàn)檫@需要網(wǎng)絡(luò)的支持。掌控板是一款使用物聯(lián)網(wǎng)芯片開發(fā)的開源硬件，具備了連接網(wǎng)絡(luò)的功能，如何運(yùn)用類似掌控板之類能夠聯(lián)網(wǎng)的開源硬件，設(shè)計(jì)可以多人互動(dòng)的游戲，成為我們研究的新方向。

賽龍舟是我國(guó)的一個(gè)重要習(xí)俗，是一項(xiàng)典型的集體競(jìng)賽活動(dòng)。將這項(xiàng)活動(dòng)搬入室內(nèi)，甚至是搬入課堂，以一種全新的形式呈現(xiàn)出來(lái)，肯定挺好玩。掌控板自帶了加速度傳感器，可以感知“劃槳”的動(dòng)作，再結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，將大家的動(dòng)作統(tǒng)一呈現(xiàn)在一個(gè)屏幕上，為“賽龍舟”的游戲設(shè)計(jì)提供了技術(shù)上的保障。

● 多人互動(dòng)游戲的技術(shù)分析

物聯(lián)網(wǎng)（Internet of Things，簡(jiǎn)稱IoT）是借助互聯(lián)網(wǎng)、傳統(tǒng)電信網(wǎng)等信息承載體，讓所有能行使獨(dú)立功能的普通物體實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通的網(wǎng)絡(luò)。MQTT是常見的物聯(lián)網(wǎng)通信協(xié)議，采用主題（TopicID）來(lái)實(shí)時(shí)發(fā)送和接收（訂閱）消息，使用起來(lái)非常簡(jiǎn)單（如圖1）。

掌控板支持MQTT協(xié)議。本游戲案例為人手一塊掌控板，設(shè)置掌控板連接Wi-Fi，然后利用掌控板的加速度傳感器感知晃動(dòng)幅度，即劃槳的動(dòng)作，接著上傳到MQTT服務(wù)器。Mind+軟件也連接MQTT服務(wù)器，訂閱物聯(lián)網(wǎng)信息，再用不同的龍舟角色呈現(xiàn)不同掌控板的前進(jìn)速度，就完成了這一互動(dòng)游戲。系統(tǒng)運(yùn)行流程如圖2所示。

● 開發(fā)工具準(zhǔn)備

1.Mind+

Mind+是開源硬件企業(yè)DFRobot推出的IDE工具。其支持兩種編程模式，一是實(shí)時(shí)交互模式，二是離線下載模式。實(shí)時(shí)交互模式類似普通的Scratch程序，離線下載模式則是指給Arduino、掌控板寫程序。Mind+可以直接訪問(wèn)MQTT服務(wù)器，和其他接入MQTT服務(wù)器的智能硬件進(jìn)行交互。基于Mind+的MQTT簡(jiǎn)單調(diào)試如圖3所示。

2.掌控板

一個(gè)游戲用戶需要一塊掌控板。根據(jù)賽龍舟的活動(dòng)特點(diǎn)，制作一個(gè)船槳，將掌控板安裝到船槳上采集真實(shí)的“劃槳”數(shù)據(jù)。注意，掌控板要加電源。圖4中的掌控板加了帶電源的擴(kuò)展板。

3.SIoT服務(wù)器

SIoT是一個(gè)跨平臺(tái)的標(biāo)準(zhǔn)MQTT服務(wù)器，不需要經(jīng)過(guò)復(fù)雜的配置，一鍵啟動(dòng)即可使用。SIoT也是一款開源軟件，是“虛谷物聯(lián)”項(xiàng)目的核心軟件，根據(jù)操作系統(tǒng)下載相應(yīng)的版本即可。

● 代碼編寫

1.物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境準(zhǔn)備

雙擊運(yùn)行與系統(tǒng)匹配的SIoT運(yùn)行文件，屏幕會(huì)彈出一個(gè)黑色的CMD窗口（如圖5），確保在配置中此窗口不關(guān)閉。

運(yùn)行Mind+軟件，并在拓展中選擇“網(wǎng)絡(luò)服務(wù)”并添加“MQTT”，如圖6所示。

2.掌控板代碼

掌控板的代碼使用Mind+的“下載模式”編寫，參考代碼如下頁(yè)圖7所示。首先，掌控板設(shè)備與服務(wù)器建立連接，在服務(wù)器上能夠?qū)崟r(shí)反饋數(shù)據(jù)。其次，設(shè)置變量g1與g2，分別代表玩家一次劃槳的前后加速度（可通過(guò)讀取一次劃槳前后槳上掌控板不同位置的加速度獲取），從而計(jì)算槳的晃動(dòng)幅度，然后上傳到MQTT服務(wù)器。

“MQTT初始化參數(shù)”設(shè)置：服務(wù)器地址設(shè)置為SIoT服務(wù)器的IP地址，TopicID（主題）設(shè)置為“項(xiàng)目ID/名稱”（如下頁(yè)圖8）。不同的掌控板設(shè)置不同的TopicID，如“l(fā)ongzhou/0”“l(fā)ongzhou/1”“l(fā)ongzhou

/2”分別代表三塊掌控板。

3.Mind+代碼

Mind+的代碼在“實(shí)時(shí)模式”下編寫，需要設(shè)置一個(gè)河水的背景，然后添加龍舟角色，根據(jù)掌控板的數(shù)量添加多個(gè)角色，龍舟角色的參考代碼如下頁(yè)圖9所示。同樣在“MQTT初始化參數(shù)”中設(shè)置“l(fā)ongzhou/0”“l(fā)ongzhou/1”“l(fā)ongzhou/2”這三個(gè)TopicID。

通過(guò)不同玩家控制的掌控板傳來(lái)的順序，一一對(duì)應(yīng)到各自的角色（龍舟）上，不同晃動(dòng)幅度龍舟的前進(jìn)速度不同。

● 游戲測(cè)試

每名玩家手持裝有掌控板的船槳一柄，每名玩家代表一條龍舟。當(dāng)掌控板出現(xiàn)數(shù)值就表示連接MQTT服務(wù)器成功，就可以開始游戲了。Mind+軟件會(huì)準(zhǔn)確計(jì)算出每名玩家的劃槳幅度并將其呈現(xiàn)在龍舟的前進(jìn)速度中，最終玩家們根據(jù)龍舟觸邊先后決出勝負(fù)。其測(cè)試效果如圖10、圖11所示。

● 結(jié)語(yǔ)和展望

通過(guò)實(shí)踐，筆者認(rèn)為這款游戲還可以繼續(xù)改進(jìn)，如：①可以通過(guò)添加音效使得游戲更加真實(shí)，玩家體驗(yàn)感更好;②在背景畫面上可以添加動(dòng)圖效果，制作出龍舟比賽時(shí)水流的特效;③可以思考設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)模式游戲，三人一組劃一條龍舟進(jìn)行競(jìng)賽。

結(jié)合SIoT和掌控板，可以設(shè)計(jì)更多有意思的多人互動(dòng)游戲，也可以設(shè)計(jì)一些真實(shí)的應(yīng)用，如網(wǎng)絡(luò)投票。在一些集體活動(dòng)中玩這樣的互動(dòng)游戲，不僅有趣，還能夠培養(yǎng)學(xué)生的集體意識(shí)。希望本案例能拋磚引玉，有更多的教師帶領(lǐng)學(xué)生做類似的研究。