顧漢杰

（浙江樹(shù)人大學(xué) 信息科技學(xué)院，浙江 杭州310015）

基于虛擬現(xiàn)實(shí)的科普游戲設(shè)計(jì)*

顧漢杰

（浙江樹(shù)人大學(xué) 信息科技學(xué)院，浙江 杭州310015）

傳統(tǒng)平面媒體的科普教育效果不佳，無(wú)法滿(mǎn)足互聯(lián)網(wǎng)+時(shí)代年輕用戶(hù)的視聽(tīng)需求?；谔摂M現(xiàn)實(shí)的科普游戲案例，可將虛擬現(xiàn)實(shí)與游戲的媒體優(yōu)勢(shì)合二為一。本研究采用野外求生作為科普教育案例的內(nèi)容題材，基于Mihalyi Csikszentmihalyi的心流理論，設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)基于虛擬現(xiàn)實(shí)的科普游戲案例。游戲案例的設(shè)計(jì)包含游戲概念原型設(shè)定、游戲背景設(shè)定、游戲劇情設(shè)計(jì)、游戲任務(wù)設(shè)計(jì)、游戲關(guān)卡設(shè)計(jì)，形成游戲性與教育性的融合樣式，并通過(guò)游戲平衡技巧維持用戶(hù)學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)，以及設(shè)計(jì)合理的游戲交互機(jī)制引導(dǎo)用戶(hù)快速融入沉浸。游戲案例的開(kāi)發(fā)采用3dsMax進(jìn)行三維建模，Unity引擎進(jìn)行虛擬現(xiàn)實(shí)開(kāi)發(fā)，構(gòu)建支持Web等多個(gè)平臺(tái)的游戲應(yīng)用，為科普教育在網(wǎng)絡(luò)宣傳等方面提供一種設(shè)計(jì)范式。

虛擬現(xiàn)實(shí)；科普游戲；Unity；沉浸；動(dòng)機(jī)維持

一、引言

我國(guó)人口基數(shù)龐大，科普意識(shí)薄弱，體現(xiàn)在對(duì)微信朋友圈等社區(qū)中傳播謠言的輕信，網(wǎng)絡(luò)的快速轉(zhuǎn)發(fā)率對(duì)社會(huì)造成了極大的隱患，科普教育亟待加強(qiáng)。作為信息時(shí)代的年輕用戶(hù)，更需要普及科學(xué)意識(shí)。然而，目前對(duì)于科普教育的傳播仍然停留于平面載體，如社區(qū)公告亭張貼、宣傳單分發(fā)等，缺乏立體化的現(xiàn)場(chǎng)感染力，實(shí)際效果不理想。眾所周知，游戲是一種深受全年齡段用戶(hù)喜愛(ài)的媒體，而虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)則讓游戲沉浸體驗(yàn)再獲提升，應(yīng)用其媒體視聽(tīng)優(yōu)勢(shì)有望加強(qiáng)科普教育的教學(xué)效果。

虛擬現(xiàn)實(shí)（Virtual Reality，簡(jiǎn)稱(chēng)VR）概念上世紀(jì)80年代由美國(guó)的Jaron Lanier所提出，指的是由計(jì)算機(jī)構(gòu)建的對(duì)真實(shí)世界或現(xiàn)象的模擬。隨著Oculus Rift等消費(fèi)級(jí)虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備的推出，虛擬現(xiàn)實(shí)重新成為市場(chǎng)的關(guān)注熱點(diǎn)，F(xiàn)acebook、三星、SONY等大型科技公司大力研發(fā)虛擬現(xiàn)實(shí)應(yīng)用，尤其是虛擬現(xiàn)實(shí)游戲，2016年由此被稱(chēng)為“虛擬現(xiàn)實(shí)元年”。目前，虛擬現(xiàn)實(shí)已經(jīng)被應(yīng)用于教育、培訓(xùn)、文化等領(lǐng)域，如教育平臺(tái)Unimersiv設(shè)計(jì)了羅馬競(jìng)技場(chǎng)、乘坐宇宙飛船探索太陽(yáng)系等虛擬現(xiàn)實(shí)案例，通過(guò)沉浸感教學(xué)將最枯燥的課題變得生動(dòng)，獲得良好反響[1]。根據(jù)Digi-Capital預(yù)測(cè)，虛擬現(xiàn)實(shí)軟硬件市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到1500億美元，未來(lái)5年將實(shí)現(xiàn)超高速增長(zhǎng)，虛擬現(xiàn)實(shí)依托移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)等優(yōu)勢(shì)呈現(xiàn)巨大發(fā)展?jié)摿2]?；谏鲜霰尘?，本研究以野外求生作為科普教育內(nèi)容題材，提出采用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)構(gòu)建一款支持包括Web在內(nèi)主流平臺(tái)的科普游戲案例，闡述虛擬現(xiàn)實(shí)與教育游戲載體結(jié)合的方法，以此作為互聯(lián)網(wǎng)+時(shí)代科普教育宣傳新范式。

二、理論基礎(chǔ)

本研究的游戲案例基礎(chǔ)理論為Mihalyi Csikszentmihalyi的心流理論（Flow Theory，有時(shí)也稱(chēng)沉浸理論），心流（Flow）是一種在活動(dòng)中因意識(shí)投入情境而進(jìn)入到忽視其它知覺(jué)的愉悅狀態(tài)。研究表明，心流的產(chǎn)生，可通過(guò)調(diào)整游戲情境中的挑戰(zhàn)與能力以影響用戶(hù)心理狀態(tài)偏離焦慮與厭倦?yún)^(qū)，靠近心流區(qū)所激發(fā)[3]。

有別于常規(guī)媒體設(shè)計(jì)，虛擬現(xiàn)實(shí)游戲中的挑戰(zhàn)與能力，主要是經(jīng)由虛擬現(xiàn)實(shí)3i特征 （沉浸：Immersion，構(gòu)想：Imagination，交互：Interaction）調(diào)整實(shí)現(xiàn)。當(dāng)今虛擬現(xiàn)實(shí)的優(yōu)勢(shì)在于沉浸（Immersion），可幫助用戶(hù)快速構(gòu)建對(duì)虛擬環(huán)境的認(rèn)知，是獲取心流的必要前提?；谔摂M現(xiàn)實(shí)的科普游戲首當(dāng)需要考慮虛擬環(huán)境的真實(shí)程度，三維建模正是還原對(duì)象特征的優(yōu)先選擇，可有效連接用戶(hù)行動(dòng)與知覺(jué)，這也是目前絕大多數(shù)虛擬現(xiàn)實(shí)應(yīng)用的首選呈現(xiàn)方式。構(gòu)想（Imagination）體現(xiàn)設(shè)計(jì)者的創(chuàng)造思想，交代游戲的世界觀，在科普游戲中表現(xiàn)為當(dāng)前知識(shí)內(nèi)容的性質(zhì)、意義、因果、參照等客觀事實(shí)。沉浸與構(gòu)想的設(shè)計(jì)，加速了用戶(hù)對(duì)于科普游戲案例的熟悉過(guò)程，有利于沉浸階段中的目標(biāo)設(shè)立。交互（Interaction）反映游戲的人機(jī)交互理念，是沉浸持續(xù)發(fā)生的重要階段。在科普游戲設(shè)計(jì)中，利用游戲的天然優(yōu)勢(shì)——快速反饋保持用戶(hù)注意力的集中，并通過(guò)設(shè)計(jì)趣味性的游戲任務(wù)保持用戶(hù)參與動(dòng)機(jī)的持續(xù)，同時(shí)在任務(wù)中設(shè)置與能力相平衡的挑戰(zhàn)以促進(jìn)行動(dòng)與意識(shí)的融合，引導(dǎo)用戶(hù)進(jìn)入沉浸從而激發(fā)心流[4]。

三、游戲設(shè)計(jì)流程概述

基于虛擬現(xiàn)實(shí)的科普游戲的設(shè)計(jì)流程如圖1所示，分為設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)、應(yīng)用三個(gè)階段。設(shè)計(jì)階段包含概念創(chuàng)意、游戲背景設(shè)定、游戲劇情設(shè)計(jì)、游戲任務(wù)設(shè)計(jì)、游戲關(guān)卡設(shè)計(jì)等，這部分工作由整個(gè)游戲團(tuán)隊(duì)共同參與討論，并由游戲策劃人員將游戲設(shè)計(jì)思想編寫(xiě)為游戲腳本，方便游戲團(tuán)隊(duì)了解游戲的各個(gè)組成部分與游戲的分解，并制訂開(kāi)發(fā)計(jì)劃，其重點(diǎn)關(guān)注游戲內(nèi)容與教學(xué)內(nèi)容融合。開(kāi)發(fā)階段包含游戲三維建模、游戲程序開(kāi)發(fā)等工作，由專(zhuān)門(mén)的美術(shù)人員、建模人員、音頻設(shè)計(jì)人員、編程人員等負(fù)責(zé)，致力于整個(gè)游戲程序的開(kāi)發(fā)實(shí)現(xiàn)。應(yīng)用階段包含游戲測(cè)試與推廣應(yīng)用，分別由測(cè)試群體與市場(chǎng)管理人員負(fù)責(zé)，在游戲測(cè)試中通過(guò)判斷是否發(fā)生沉浸學(xué)習(xí)決定游戲修改或發(fā)布，目的在于保證游戲項(xiàng)目的質(zhì)量以及順利推廣。

圖1 游戲設(shè)計(jì)流程

四、游戲腳本設(shè)計(jì)

游戲腳本（也稱(chēng)游戲設(shè)計(jì)文檔），主要用于指導(dǎo)游戲項(xiàng)目的持續(xù)性、游戲主題的連貫性以及游戲開(kāi)發(fā)的順利進(jìn)行[5]。本研究的科普游戲案例腳本設(shè)計(jì)包含下列步驟：首先，討論決定概念原型，確定游戲的背景設(shè)定，保證科普游戲時(shí)空背景與現(xiàn)實(shí)的一致。其次，設(shè)計(jì)游戲劇情，創(chuàng)設(shè)出野外求生的形象情境，增強(qiáng)用戶(hù)的代入感。再次，設(shè)計(jì)游戲任務(wù)，將遇險(xiǎn)自救的知識(shí)內(nèi)容分解到各個(gè)任務(wù)，并與劇情主線(xiàn)走向融合。最后，設(shè)計(jì)游戲關(guān)卡，將自救技能的虛擬現(xiàn)實(shí)操作與游戲難度系數(shù)進(jìn)行關(guān)聯(lián)并趨向平衡，利用互動(dòng)設(shè)計(jì)理念優(yōu)化關(guān)卡的人性化操作，以做到對(duì)大部分用戶(hù)的友好適應(yīng)。

1.概念原型

本游戲案例的概念原型是，利用Unity引擎開(kāi)發(fā)一款野外自救題材的科普游戲，強(qiáng)調(diào)三維場(chǎng)景的真實(shí)展示，在虛擬情境的交互練習(xí)過(guò)程中助其達(dá)到沉浸學(xué)習(xí)。鑒于目前頭盔沉浸式等虛擬現(xiàn)實(shí)類(lèi)型對(duì)點(diǎn)擊、選擇等精確交互的不友好，且體感操控、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)式虛擬現(xiàn)實(shí)則對(duì)設(shè)備或場(chǎng)地要求較高，較高的成本不利于推廣，與科學(xué)普及面向廣大普通用戶(hù)的原則相悖；而桌面仿真式只需要普通的個(gè)人電腦、較小的物理空間就能夠滿(mǎn)足運(yùn)行條件，基于上述原因，本案例在游戲模式上主要采用桌面仿真式虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)進(jìn)行開(kāi)發(fā)。

2.背景設(shè)定

游戲背景設(shè)定主要用于描述游戲世界觀，本案例將其定位于現(xiàn)代時(shí)空下的戶(hù)外場(chǎng)景事件，主要交代故事的由來(lái)、用戶(hù)可以在游戲中具備何種程度的能力、世界是怎樣一種物理運(yùn)行規(guī)則等背景，以此匹配用戶(hù)對(duì)于現(xiàn)代社會(huì)野外自救行為的認(rèn)知習(xí)慣。

3.劇情設(shè)計(jì)

本游戲案例的劇情設(shè)定為主角與伙伴在叢林走失，依靠自救技能在叢林內(nèi)冒險(xiǎn)尋找伙伴的故事。敘事采用影視媒體常用的三幕式結(jié)構(gòu)，易于用戶(hù)理解劇情。第一幕(Act1)講述游戲主角與伙伴走失，從而深入?yún)擦謱ふ一锇?，確定了游戲的人物關(guān)系、所處形勢(shì)以及面臨的主要問(wèn)題，所占內(nèi)容比例較少[6]。這一幕主要在于吸引用戶(hù)的注意力，盡快將其引入游戲情境。第二幕(Act2)講述主角穿越叢林的密林區(qū)、水域區(qū)以及村莊，在每個(gè)場(chǎng)景地圖內(nèi)完成自救冒險(xiǎn)的故事，確立主角所面臨的主要問(wèn)題以及與困難做斗爭(zhēng)的事件關(guān)系。這一幕作為游戲劇情的展開(kāi)，占據(jù)游戲大部分的內(nèi)容比例，給予用戶(hù)自由，允許其控制自己的虛擬現(xiàn)實(shí)游戲體驗(yàn)[7]。第三幕(Act3)講述主角歷經(jīng)艱險(xiǎn)，成功找到伙伴，為游戲故事劃上結(jié)局。這一幕對(duì)用戶(hù)在游戲過(guò)程中的表現(xiàn)進(jìn)行總結(jié)，通過(guò)游戲成就的反饋結(jié)束整個(gè)游戲。其地位相當(dāng)于電影的高潮，雖然篇幅內(nèi)容不多，但是對(duì)于用戶(hù)的沉浸體驗(yàn)非常重要，可以有效增強(qiáng)或持續(xù)激發(fā)心流。三幕式設(shè)定由于在影視媒體中應(yīng)用較廣，用戶(hù)對(duì)其接受度較高，可較好理解游戲情節(jié)，便于教學(xué)內(nèi)容的融入。

4.任務(wù)設(shè)計(jì)

與商業(yè)游戲有所不同，科普游戲的任務(wù)設(shè)計(jì)除了創(chuàng)設(shè)游戲趣味性，還需要兼顧游戲項(xiàng)目的科學(xué)性。因此，必須考量游戲性與教育性的融合問(wèn)題，即游戲任務(wù)與科普知識(shí)如何有機(jī)結(jié)合。

在游戲性與教育性融合樣式處理上，本案例的游戲任務(wù)應(yīng)用了“1主線(xiàn)任務(wù)+3子任務(wù)”的直線(xiàn)型任務(wù)結(jié)構(gòu)，與三幕式劇情結(jié)構(gòu)呼應(yīng)，利于對(duì)游戲不熟悉的用戶(hù)理解教學(xué)內(nèi)容的闡釋流程；并采用游戲設(shè)計(jì)中的模糊策略，將科普知識(shí)與游戲任務(wù)設(shè)計(jì)為一種“互為彼此”的交融狀態(tài)，緩解教學(xué)內(nèi)容融入游戲內(nèi)容的突兀感。游戲任務(wù)在前提上仍然遵循于游戲背景與劇情設(shè)定，確保用戶(hù)順利按照任務(wù)主線(xiàn)進(jìn)行冒險(xiǎn)，而知識(shí)內(nèi)容則通過(guò)尋找游戲地圖的物理特征與野外自救知識(shí)的性質(zhì)特征的聯(lián)結(jié)點(diǎn)將其融入到對(duì)應(yīng)任務(wù)，實(shí)現(xiàn)樣式如圖2所示[8]，可以看到樹(shù)林、水域、村莊等場(chǎng)景內(nèi)的任務(wù)均與相關(guān)知識(shí)進(jìn)行聯(lián)結(jié)。例如，樹(shù)林中枝葉密集的物理特性決定其易致人迷路，而如何應(yīng)對(duì)迷路的科普知識(shí)包含了指南針的使用、對(duì)陌生樹(shù)林內(nèi)毒蛇的防患知識(shí)，通過(guò)兩者的關(guān)聯(lián)點(diǎn)將指南針與防蛇知識(shí)融入到樹(shù)林地圖的迷路任務(wù)。采用模糊策劃的好處是，可助科普與游戲主線(xiàn)吻合，避免產(chǎn)生知識(shí)點(diǎn)游離于游戲之外的情況，既保證了良好、完整的游戲體驗(yàn)，又確?？茖W(xué)普及的正確性。

圖2 游戲性與教育性融合樣式

5.關(guān)卡設(shè)計(jì)

關(guān)卡作為游戲可玩性體現(xiàn)的環(huán)境，擁有分界線(xiàn)，入口與出口，以及一定的目標(biāo)、開(kāi)頭與結(jié)局等特征，一般包含地形、目標(biāo)（任務(wù)）、情節(jié)、對(duì)手與NPC（非玩家角色）、物品道具等要素[5]。關(guān)卡在本案例中是用以劃分知識(shí)單元的重要依據(jù)，便于用戶(hù)了解自身的學(xué)習(xí)進(jìn)度。本游戲案例的關(guān)卡設(shè)計(jì)（Stage）較為明確，以區(qū)域地圖為單位，劃分為叢林、水域、村莊三個(gè)關(guān)卡。每個(gè)關(guān)卡的目標(biāo)導(dǎo)向均明確當(dāng)前任務(wù)目標(biāo)，關(guān)卡內(nèi)的每件道具都與自救技能的練習(xí)存在關(guān)聯(lián)，始終考慮游戲的科普宗旨，如叢林關(guān)卡中的指南針道具就是為了鍛煉尋路技能而設(shè)置。此外，關(guān)卡中的地形、道具、挑戰(zhàn)、難題等資源都是逐漸呈現(xiàn)給用戶(hù)，以保持進(jìn)入下一個(gè)關(guān)卡的樂(lè)趣。

五、游戲平衡設(shè)計(jì)

在本游戲案例中，游戲平衡的類(lèi)型屬于玩家用戶(hù)/游戲性平衡（Player/Gameplay Balance），為了有效觸發(fā)心流，其重點(diǎn)在于調(diào)整游戲挑戰(zhàn)難度與用戶(hù)能力的相適應(yīng)，以此提升用戶(hù)在游戲過(guò)程中的愉悅感，保持用戶(hù)的學(xué)習(xí)動(dòng)力。具體的平衡技巧有以下幾種[7]：

1.保持設(shè)計(jì)動(dòng)機(jī)一致性

確保游戲的核心玩法，使之保持科普游戲的純粹性，令游戲特征得到良好控制。若因?yàn)檫^(guò)度強(qiáng)調(diào)趣味性而加入太多不相關(guān)的游戲特征，容易分散用戶(hù)的注意力，且影響到科普宣傳目的，如在游戲《植物大戰(zhàn)僵尸》中，設(shè)計(jì)動(dòng)機(jī)就是對(duì)抗僵尸、防衛(wèi)家園，始終貫徹如一，最終獲得市場(chǎng)肯定。在本案例中，設(shè)計(jì)動(dòng)機(jī)始終是以科普為導(dǎo)向，野外自救為內(nèi)容題材，追求虛擬現(xiàn)實(shí)帶來(lái)的沉浸體驗(yàn)，特征集小而精煉，游戲任務(wù)等各項(xiàng)內(nèi)容均為保持游戲設(shè)計(jì)動(dòng)機(jī)的一致性所服務(wù)。

2.概率統(tǒng)計(jì)

游戲中發(fā)生的不平衡現(xiàn)象存在個(gè)體性、偶然性，因此需要通過(guò)測(cè)試人員對(duì)游戲程序進(jìn)行測(cè)試分析，確定數(shù)據(jù)是否存在群體性異常，進(jìn)而使用數(shù)學(xué)工具改善原有游戲數(shù)值或公式，使之與多數(shù)用戶(hù)的能力水平匹配。例如，在本案例的渡河任務(wù)中，若100名測(cè)試人員內(nèi)有60名均長(zhǎng)時(shí)間無(wú)法完成任務(wù)且表現(xiàn)出沮喪情緒，則說(shuō)明游戲難度可能偏高，需聯(lián)系游戲數(shù)值策劃、游戲程序員等討論、修改。

3.動(dòng)態(tài)難度調(diào)整

游戲動(dòng)態(tài)難度調(diào)整指的是依靠游戲系統(tǒng)對(duì)用戶(hù)的各種行為進(jìn)行監(jiān)聽(tīng)，如用戶(hù)的操作方式、行為方式、判斷能力等信息，以此作為用戶(hù)的度量標(biāo)準(zhǔn)判斷用戶(hù)的能力水平，進(jìn)而調(diào)整游戲的難度，如游戲《暗黑破壞神III》就根據(jù)用戶(hù)的角色等級(jí)自動(dòng)調(diào)整游戲難度。在本案例中，這一措施的關(guān)鍵是，需確定環(huán)境障礙或威脅的數(shù)量、用戶(hù)的任務(wù)持續(xù)時(shí)間、任務(wù)完成度、操作有效率等參數(shù)，以這些參數(shù)為基礎(chǔ)構(gòu)建游戲變量并形成度量標(biāo)準(zhǔn)，配合后臺(tái)監(jiān)控系統(tǒng)即可作出及時(shí)的自動(dòng)難度調(diào)整。

4.改善用戶(hù)選擇

游戲中存在多種類(lèi)型的選擇，越靠近上層的選擇對(duì)游戲的影響越大。用戶(hù)最想要的是在游戲中獲勝，游戲設(shè)計(jì)者必須為其定制有意義的選擇，即對(duì)勝負(fù)產(chǎn)生直接或間接影響的選擇，如在游戲《掃雷》中，用戶(hù)每一次目標(biāo)區(qū)的選擇都可能對(duì)生死結(jié)果產(chǎn)生決定性影響，其決策等級(jí)較高。在本案例中，對(duì)于科普知識(shí)傳達(dá)及游戲任務(wù)結(jié)果具有直接或間接影響的用戶(hù)選擇會(huì)得以保留，以保證游戲的趣味性、戲劇性。其它空洞的、無(wú)根據(jù)的、無(wú)關(guān)緊要的選擇都必須摒棄，避免用戶(hù)的無(wú)意義思考影響沉浸學(xué)習(xí)。

六、游戲交互機(jī)制

心流理論顯示，清晰的目標(biāo)、及時(shí)的反饋等維度都屬于影響心流產(chǎn)生的條件，而這些正是游戲交互機(jī)制中的關(guān)鍵因素。Werner Wirth等研究者認(rèn)為，沉浸的發(fā)生需要經(jīng)由用戶(hù)在頭腦中形成游戲展示給他們的世界印象，繼而以游戲世界作為自己“在”哪里的參考點(diǎn)，最終獲得空間臨場(chǎng)感（Presence）[9]。因此，良好交互機(jī)制的設(shè)定也是維持沉浸的重要條件，可減少用戶(hù)對(duì)游戲的熟悉時(shí)間，有利于快速激發(fā)心流。結(jié)合上述理論，本游戲案例設(shè)定如下游戲交互機(jī)制：

1.清晰的目標(biāo)

清晰的目標(biāo)，要求游戲明確表達(dá)用戶(hù)參與游戲任務(wù)的原因以及要完成的目標(biāo)要求。通過(guò)目標(biāo)設(shè)定，用戶(hù)可以有效定位自己在游戲中的角色使命，更好的獲取游戲中的參考點(diǎn)，有助沉浸產(chǎn)生。在本游戲案例中，所設(shè)定的目標(biāo)為主角在叢林中尋找失散伙伴，用戶(hù)以此在尋找過(guò)程中探索未知的地圖，并清晰表述于游戲的開(kāi)場(chǎng)動(dòng)畫(huà)內(nèi)，為沉浸體驗(yàn)奠定基礎(chǔ)。

2.及時(shí)的反饋

及時(shí)的反饋，指的是游戲必須就用戶(hù)參與的游戲行為給予實(shí)時(shí)或者幾近實(shí)時(shí)的清晰、準(zhǔn)確的反饋[10]。反饋是電子游戲區(qū)別于其它多媒體軟件的最大特點(diǎn)之一，其傳達(dá)速度極快甚至密集，內(nèi)容涵蓋環(huán)境狀態(tài)、人物狀態(tài)、能力狀態(tài)、物品狀態(tài)、NPC（非玩家角色）狀態(tài)、任務(wù)狀態(tài)等在內(nèi)的游戲常見(jiàn)狀態(tài)。在本游戲案例中，以渡河任務(wù)為例，用戶(hù)可以實(shí)時(shí)觀察游戲HUD（抬頭顯視設(shè)備）界面所反饋的渡河里程、人物方向、浮力狀態(tài)等信息，正確評(píng)估自己的能力，掌握任務(wù)的完成進(jìn)度，激勵(lì)用戶(hù)取得游戲的勝利。

3.信息的關(guān)聯(lián)展示

Werner Wirth等認(rèn)為空間臨場(chǎng)感的發(fā)生，是經(jīng)由各種線(xiàn)索形成對(duì)虛擬空間感知的定位，從而進(jìn)行判斷，進(jìn)入沉浸狀態(tài)的心理模型。這個(gè)前提是用戶(hù)在游戲世界中遇到的（線(xiàn)索）信息應(yīng)該是有所關(guān)聯(lián)的，如在本案例中會(huì)遇到樹(shù)叢下的毒蛇，這種遭遇并不會(huì)產(chǎn)生突兀感，用戶(hù)只會(huì)覺(jué)得毒蛇增加了森林的危險(xiǎn)性，制造了冒險(xiǎn)的沖突感，游戲環(huán)境在用戶(hù)心中會(huì)產(chǎn)生更加立體的印象；但如果樹(shù)叢下露出的是“迪斯尼米老鼠”，整個(gè)游戲的嚴(yán)肅氛圍就會(huì)被打破，導(dǎo)致用戶(hù)思維可能跳出野外自救的范疇，構(gòu)建出其它世界觀背景，從而影響到科普游戲的目標(biāo)與動(dòng)機(jī)。因此，信息的展示設(shè)置需要顧及到游戲?qū)ο箝g的關(guān)聯(lián)，對(duì)視覺(jué)、因果、行為完整性以及物品對(duì)象間的互動(dòng)作用進(jìn)行協(xié)調(diào)，促進(jìn)臨場(chǎng)的沉浸。

4.操作方法的簡(jiǎn)化

Alan Cooper等設(shè)計(jì)專(zhuān)家認(rèn)為，面對(duì)一個(gè)陌生的系統(tǒng)，每個(gè)人在一段時(shí)間內(nèi)都是以新手形式存在；隨后遷移到中間用戶(hù)，成為大部分用戶(hù)的代表，且最為穩(wěn)定；最后僅有少數(shù)中間用戶(hù)會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)閷?zhuān)家[11]。

基于虛擬現(xiàn)實(shí)的科普游戲案例，也遵循這種用戶(hù)曲線(xiàn)規(guī)律，鑒于科普案例的持續(xù)使用時(shí)間通常小于商業(yè)游戲，可以預(yù)計(jì)用戶(hù)層次會(huì)停留在新手與中間用戶(hù)為主。因此，在游戲進(jìn)程的初期，通過(guò)簡(jiǎn)化操作方法，讓新手快速進(jìn)入熟悉階段，并助其無(wú)痛苦的成為中間用戶(hù)，具體措施有同時(shí)支持鼠標(biāo)左鍵單擊行走與鍵盤(pán) （WASD鍵）控制四向行走，支持滾輪縮放視角、右鍵選擇視角、任務(wù)自動(dòng)尋址等為用戶(hù)普遍認(rèn)可的三維游戲操作。在游戲進(jìn)程的中后期，為穩(wěn)定的中間用戶(hù)優(yōu)化操作體驗(yàn)，具體措施有設(shè)置易被發(fā)現(xiàn)的導(dǎo)航與功能交互區(qū)，提供側(cè)邊、半透明、自動(dòng)移除等形式的工具提示條，永久支持調(diào)用的操作幫助界面等。通過(guò)上述操作方法的簡(jiǎn)化，可保證大部分用戶(hù)對(duì)于游戲案例不存在使用障礙，有效增加新手成長(zhǎng)為中間用戶(hù)的信心。

七、游戲程序開(kāi)發(fā)

游戲程序的開(kāi)發(fā)實(shí)現(xiàn)主要包含兩部分，首先采用3dsMax進(jìn)行三維建模，再使用Unity引擎開(kāi)發(fā)與發(fā)布游戲程序。期間所用到的媒體素材則由專(zhuān)門(mén)多媒體軟件設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)，如圖片采用Photoshop設(shè)計(jì)，音頻采用Audition設(shè)計(jì)。

1.3dsMax三維建模

本案例中的游戲角色、物品道具、植被建筑等對(duì)象均采用3dsMax進(jìn)行建模。物品道具與簡(jiǎn)單的建筑主要采用內(nèi)置模型建模，使用基本幾何形體和擴(kuò)展幾何形體快速實(shí)現(xiàn)。相對(duì)復(fù)雜的植被建筑采用復(fù)合對(duì)象建模，對(duì)基本模型對(duì)象進(jìn)行合并與修改，采用變形、連接、地形、散布等方法構(gòu)建。對(duì)于最為復(fù)雜的人物、動(dòng)物等模型，采用網(wǎng)格建模法對(duì)其設(shè)計(jì)，主要從頂點(diǎn)、邊和面進(jìn)行精細(xì)化編輯；其中部分復(fù)雜的布線(xiàn)（如臉部），借助Photoshop繪制二維參考圖導(dǎo)入3dsMax作為底圖，實(shí)現(xiàn)三維布線(xiàn)繪制。最后，使用UV貼圖方法進(jìn)行貼圖，VRay插件進(jìn)行渲染，完成模型的設(shè)計(jì)工作。

2.Unity游戲開(kāi)發(fā)

Unity引擎是Unity科技公司開(kāi)發(fā)的支持三維虛擬現(xiàn)實(shí)、三維游戲等互動(dòng)內(nèi)容的綜合性開(kāi)發(fā)工具，兼容Windows、Mac、iOS、Android、WebGL等21種主流平臺(tái)，開(kāi)發(fā)周期短，對(duì)虛擬現(xiàn)實(shí)支持良好，極為適合作為開(kāi)發(fā)科普游戲案例的首選平臺(tái)。

本案例的Unity開(kāi)發(fā)流程如圖3所示，包含場(chǎng)景繪制、參數(shù)設(shè)置、C#編程、美化渲染等工作。

圖3 Unity開(kāi)發(fā)流程

首先，導(dǎo)入模型、音頻、UI(User Interface)等素材文件，做好分類(lèi)管理。其次，創(chuàng)建Terrain對(duì)象，繪制地形，設(shè)置材質(zhì)紋理，并將植被、建筑等模型插入到場(chǎng)景，通過(guò)調(diào)整參數(shù)完善地圖外觀。接著，按照角色、NPC、物品道具等門(mén)類(lèi)，插入到場(chǎng)景中對(duì)應(yīng)位置，以及添加碰撞體，為角色各類(lèi)動(dòng)作設(shè)置動(dòng)畫(huà)。然后，為全局事件、動(dòng)作事件等編寫(xiě)C#腳本，綁定到場(chǎng)景中的指定對(duì)象，具體包含角色的視角控制、角色的移動(dòng)、角色與任務(wù)對(duì)象的碰撞交互、UI組件的數(shù)據(jù)顯示、游戲成就記錄保存等，實(shí)現(xiàn)游戲案例中的各種交互功能。其中，應(yīng)用Unity自帶的Nav Mesh Agent組件，對(duì)地圖對(duì)象進(jìn)行烘焙與設(shè)置行走區(qū)，為角色與NPC等對(duì)象在碰撞半徑范圍的自動(dòng)響應(yīng)觸發(fā)，以及實(shí)現(xiàn)標(biāo)記節(jié)點(diǎn)的自動(dòng)追蹤等智能功能提供支持，提升游戲的人工智能。此外，值得一提的是對(duì)于人稱(chēng)視覺(jué)的統(tǒng)一化設(shè)計(jì)以及交互操作的簡(jiǎn)化，可為引入Google VR SDK預(yù)留接口，若頭盔顯示器條件足夠成熟，只需要將主攝像機(jī)添加Google VR SDK的Stereo-Controller組件即可創(chuàng)設(shè)立體視覺(jué)。最后，為場(chǎng)景添加粒子特效、天空盒，渲染美化視覺(jué)，發(fā)布為支持Windows、Mac OS、Web等主流平臺(tái)的應(yīng)用程序，可直接本地運(yùn)行或依托Unity Web Player在瀏覽器中解析運(yùn)行，保證程序的強(qiáng)大兼容性。最終效果如圖4所示。

圖4 科普游戲案例的截圖

八、結(jié)束語(yǔ)

虛擬現(xiàn)實(shí)與沉浸的交集歷來(lái)是用戶(hù)關(guān)注的焦點(diǎn)，在2016年更是掀起市場(chǎng)熱潮，本研究即基于此背景，采用Unity引擎開(kāi)發(fā)基于虛擬現(xiàn)實(shí)的游戲案例，將其應(yīng)用于科普教育領(lǐng)域，豐富原有的科普教育資源，提升教學(xué)效果。優(yōu)秀的游戲設(shè)計(jì)，可以更好地發(fā)揮虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，有助用戶(hù)達(dá)到沉浸、激發(fā)心流。

展望未來(lái)，科普游戲的創(chuàng)新方向也許是與虛擬現(xiàn)實(shí)、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的混合應(yīng)用，如將本案例中的迷路任務(wù)進(jìn)行增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)設(shè)計(jì)，可用手機(jī)攝像頭掃描印有指南針的照片，屏幕立刻呈現(xiàn)三維指南針模型的虛擬現(xiàn)實(shí)交互操作，在身臨其境的基礎(chǔ)上更易克服眩暈這一典型問(wèn)題，突破教育游戲的技術(shù)普及型問(wèn)題，這值得教育游戲設(shè)計(jì)者去實(shí)踐研究。

[1]Andrew T.7 Unexpected virtual reality use cases [EB/OL].https://techcrunch.com/gallery/7-unexpectedvirtual-reality-use-cases.

[2]Manatt Digital Media.The reality of VR and AR [EB/OL].http://www.manattdigitalmedia.com/reality-ofvr-and-ar/.

[3]陶侃.沉浸理論視角下的虛擬交互與學(xué)習(xí)探究——兼論成人學(xué)習(xí)者“學(xué)習(xí)內(nèi)存”的拓展[J].中國(guó)遠(yuǎn)程教育,2009 (1):5-15.

[4]王永固,張婷,李瑋等.基于心流理論的教育游戲設(shè)計(jì)框架要素研究——以特殊兒童言語(yǔ)學(xué)習(xí)游戲?yàn)榘咐齕J].遠(yuǎn)程教育雜志,2014(3):97-104.

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[9]Jamie M.The psychology of immersion in video games[EB/OL].http://www.psychologyofgames.com/2010/ 07/the-psychology-of-immersion-in-video-games/.

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（編輯：魯利瑞）

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：1673-8454（2017）10-0092-05

本文系浙江省文化廳文化科研項(xiàng)目“基于三維虛擬現(xiàn)實(shí)的科普游戲設(shè)計(jì)研究”（編號(hào)：zw2016039），浙江樹(shù)人大學(xué)教學(xué)方法改革項(xiàng)目“游戲驅(qū)力教學(xué)模式在《數(shù)字媒體設(shè)計(jì)案例》課程應(yīng)用研究”（編號(hào)：2015JA1008）研究成果。