伍友龍 朱邦政

（湖南工學(xué)院 湖南省衡陽市 421002）

隨著我國互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展，社會對游戲的需求程度呈現(xiàn)出驚人的增長趨勢。根據(jù)《2021 年中國游戲產(chǎn)業(yè)報告》顯示，2021 年中國游戲市場實際銷售收入達到2965.13 億元，國內(nèi)游戲用戶規(guī)模6.66 億。電子游戲互動性強、節(jié)奏迅速，玩家在游戲中不斷接受視覺、聽覺信息，思考后輸出游戲行為，快速獲得進步帶來的快感和成就，源源不斷的正反饋使得玩家全身心投入游戲，但是，電子游戲的優(yōu)點沒有發(fā)揮正面作用，導(dǎo)致了一系列的社會問題，相當部分青少年沉迷電子游戲。

在義務(wù)教育階段，歷史學(xué)科的知識點繁多，且常常與大量圖片關(guān)聯(lián)，學(xué)生學(xué)習(xí)靠死記硬背，又無法得到理科科目課后攻克難題的快速正反饋。學(xué)生渴望歷史考試取得明顯進步的正反饋，需要日積月累的認真付出。許多學(xué)生往往努力一段時間后未在考試成績中取得進步，便心灰意冷，失去學(xué)習(xí)歷史的興趣和積極性。

傳統(tǒng)教育中歷史學(xué)習(xí)的難點恰好是電子游戲的優(yōu)點，本文探索將歷史學(xué)習(xí)與電子游戲結(jié)合，基于Uinty3D 引擎，開發(fā)一款歷史學(xué)習(xí)益智類教育游戲，取名為《穿越博物館》。玩家將在歷史長河中穿越，進入不同的朝代中，身臨其境，沉浸式的學(xué)習(xí)感受。

1 游戲策劃和準備工作

1.1 游戲的策劃

本游戲應(yīng)是一款能有效學(xué)習(xí)的游戲，而非披著游戲外殼的答題軟件，能擺脫傳統(tǒng)歷史學(xué)習(xí)的枯燥，將游戲的趣味性融入學(xué)習(xí)中，具體設(shè)計如下：

1.1.1 游戲類型

本游戲類似于旅行游戲，帶有一定的RPG（角色扮演）元素，在軟件商城中，其分類標簽通常有“休閑益智”、“教育”和“歷史”。

1.1.2 游戲場景和AI

游戲由一個博物館為主場景，陳列各時代的展品，設(shè)有詳細的資料。其中一些特殊的展品地點可讓玩家穿越，例如在畫作《清明上河圖》前，玩家可穿越其中，前往小場景。

我們將各個朝代、歷史事件做為獨立的小場景，以歷史重現(xiàn)方式構(gòu)建沉浸式游戲場景，讓玩家身臨其境。

每個場景中都有與環(huán)境互動的AI 人物/動物，營造沉浸感，且能與玩家互動，引導(dǎo)玩家進行游戲。

1.1.3 游戲玩法

玩家可在博物館內(nèi)按路線參觀學(xué)習(xí)，在傳送點位進入不同風(fēng)格和玩法的小場景重點學(xué)習(xí)。玩家在游戲中潛移默化的學(xué)習(xí)，掌握一定知識，通關(guān)小場景后，將解鎖路線下一關(guān)卡，給玩家迅速的正反饋，激發(fā)玩家的積極性和興趣。

1.1.4 游戲劇情

中華歷史上有繁榮盛世、江山多嬌和文藝多姿，也有亂世紛爭、黑暗腐朽和人民的英勇抗爭。玩家在本游戲中，從起點出發(fā)，經(jīng)過代表歷史時代的路線，穿越到不同朝代背景的場景，中見證重現(xiàn)的歷史故事，與當時的歷史人物互動，身臨其境，引發(fā)對歷史的興趣和思考。玩家將沿著歷史脈絡(luò)一路走來，見證中華文明的經(jīng)濟發(fā)展、社會興衰和時代更替，領(lǐng)略藝術(shù)文化和科技創(chuàng)新。在見證了近代的屈辱后，來到最后一個場景，是中國共產(chǎn)黨領(lǐng)導(dǎo)下旭日般冉冉升起的新中國，將展示國家的偉大成就，社會的和諧安定，以及人民的幸福生活，將玩家的思緒拉回現(xiàn)實，感恩中國共產(chǎn)黨的偉大。

1.1.5 游戲任務(wù)和關(guān)卡

以探究式學(xué)習(xí)理論為指導(dǎo)，將學(xué)習(xí)任務(wù)進行游戲化設(shè)計。我們將網(wǎng)絡(luò)上熱門的游戲機制融合歷史知識做成獨立小游戲或游戲關(guān)卡的形式，眾多的流行保證了游戲的趣味性，避免成為套殼式的答題軟件，又能回歸學(xué)習(xí)，不具有沉迷性。不斷激勵、不斷挑戰(zhàn)，學(xué)生在學(xué)習(xí)知識同時快速獲得樂趣和成就感，寓教于樂，有利于發(fā)揮學(xué)習(xí)的主動性。

1.1.6 運行平臺

本游戲使用Unity3D 通用平臺模式打包發(fā)布，游戲文件無需安裝，可運行于Windows/Linux/Mac 系統(tǒng)；也可使用Unity3D 安裝包模式打包發(fā)布，需按系統(tǒng)安裝特定版本后使用，這種打包發(fā)布方式下游戲文件較小，但不能在不同電腦平臺上通用。

1.1.7 目標玩家

本游戲中含有一系列的流行獨立小游戲，包含許多游戲史上的經(jīng)典機制。雖然以幫助中小學(xué)生學(xué)習(xí)歷史知識為主，但面對不同玩家，仍能引人入勝，發(fā)揮本作在潛移默化中宣傳中華傳統(tǒng)文化的能力。

1.2 游戲前期工作

1.2.1 教育理論應(yīng)用研究

通過查閱國內(nèi)外文獻等方式，熟悉現(xiàn)代教育理論及應(yīng)用，為教育游戲開發(fā)做好基礎(chǔ)性工作。

本項目主要以建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論和探究式學(xué)習(xí)理論來指導(dǎo)歷史教育游戲設(shè)計與實現(xiàn)。依據(jù)建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論，進行劇情設(shè)計，并以歷史重現(xiàn)方式搭建沉浸式場景。依據(jù)探究式學(xué)習(xí)理論，將學(xué)習(xí)任務(wù)進行游戲化設(shè)計，以達到寓教于樂、自主學(xué)習(xí)的效果。

1.2.2 系統(tǒng)分析

通過查閱文獻和項目調(diào)研等方式，進行系統(tǒng)分析。

完成基于Unity3D 的沉浸式中華簡史教育游戲的可行性分析，包含跨平臺發(fā)布的可行性；完成本游戲的需求分析，包含游戲劇情、人物交互、畫面、音效等方面的需求分析。

1.2.3 Unity3D 應(yīng)用研究

研究Unity3D 的特點和在游戲領(lǐng)域的應(yīng)用情況，掌握Unity3D 開發(fā)歷史教育游戲的流程，以及3D 建模、游戲腳本編寫、測試等相關(guān)技術(shù)。

1.2.4 游戲草案設(shè)計

參考相關(guān)文獻，依據(jù)系統(tǒng)需求，選定代表性的人物和歷史事件，擬定游戲內(nèi)容草案，進行美術(shù)、音頻、劇本、腳本設(shè)計和編寫游戲背景故事、任務(wù)，制定游戲規(guī)則，設(shè)計游戲交互環(huán)節(jié)以及游戲細節(jié)。

1.2.5 搭建游戲場景的準備工作

運用3Ds MAX 軟件，將選定的素材進行3D 建模，并使用PS 繪制紋理，將得到的游戲模型導(dǎo)入Unity3D 中做為預(yù)制體，在搭建場景時直接使用。考慮到性能優(yōu)化，遠景優(yōu)先考慮使用2D 貼圖，例如遠處的高山、建筑群等，這部分可使用數(shù)位板繪制、PS 修改。

1.2.6 AI 人物設(shè)計

設(shè)計AI 算法，制作與玩家互動的AI 人物，能正確的觸發(fā)劇情，發(fā)布任務(wù)，有邏輯的行動，對玩家的行為產(chǎn)生反饋。設(shè)計AI 人物的動作和與場景交互的行為，且嚴加限制，大量測試，確保不會產(chǎn)生出格行為，維持玩家的沉浸感，為玩家創(chuàng)造一段引人入勝的經(jīng)歷。

1.2.7 游戲原型的開發(fā)與測試

在開發(fā)時間與工作量可控的情況下，做出一款游戲的可玩雛形，驗證玩法或預(yù)期體驗是否有足夠吸引力，方案是否可行。在一兩周內(nèi)就輸出可視化雛形，向領(lǐng)導(dǎo)或團隊演示講解自己的想法和概念。

2 游戲場景的制作

2.1 游戲場景的美術(shù)風(fēng)格

在場景建模前，需確定游戲的整體美式風(fēng)格。美術(shù)風(fēng)格往往可以反映出游戲的題材，但是反之，游戲題材卻不能絕對限制美術(shù)風(fēng)格。美術(shù)畫風(fēng)對玩家的心理和游戲氛圍的塑造有極大的影響，例如探險，懸疑，恐怖類游戲畫面陰冷、光線少，給人陰森恐怖的心理暗示，而色彩明亮的畫面因給人輕松舒適休閑的氛圍而被絕大多數(shù)游戲所采用。

美術(shù)風(fēng)格的選取，通常先從文化層面入手，也就是常說的題材。本游戲以歷史敘事與學(xué)習(xí)為主旨，面向青少年，且要傳播中華優(yōu)秀的傳統(tǒng)文化。主場景使用大量的真實歷史照片，為營造真實、莊嚴、熱鬧、繁雜多彩的博物館氛圍，故游戲主場景畫風(fēng)主要采用偏寫實的古典美術(shù)風(fēng)格；而小場景中的游戲要有趣味性，可玩性，能適用于多種游戲機制，故采用市場流行的偏卡通風(fēng)格。

2.2 游戲場景的設(shè)計

游戲場景設(shè)計是指游戲場景設(shè)計師根據(jù)游戲原畫設(shè)計師給的原畫稿件設(shè)計出游戲中的環(huán)境、道具、機械等物體的模型，比如游戲中的建筑、橋梁、道路、花草樹木等等。

在本作中，游戲主場景為中國歷史博物館，需了解考察博物館的室內(nèi)布局，突出中國特色，合理布置，根據(jù)美術(shù)風(fēng)格搭建場景，繪制材質(zhì)的貼圖、紋理，要求主場景畫風(fēng)的一致性，符合主題。

各時代的小場景則可風(fēng)格特異，刺激玩家視覺，引發(fā)玩家好奇心和探索的興趣。主場景一成不變的畫風(fēng)突然讓玩家有新鮮感，這也暗示不同的小游戲有不同的玩法和操作方式，對應(yīng)不同知識的學(xué)習(xí)方式。

3 基于Unity3D的游戲開發(fā)

在Unity3D 上開發(fā)的主要工作是編輯和管理各游戲物體的組件和腳本，新版本Unity3D 已全面使用C#語言作為腳本的開發(fā)語言，具體開發(fā)內(nèi)容如下：

3.1 角色控制器

角色控制器是管理玩家的鍵盤和鼠標輸入，控制游戲角色的行為的腳本，角色的行為還包括游戲物體對主角行為，如敵人攻擊主角后主角血量減少并觸發(fā)受傷動作；此外單機游戲中系統(tǒng)的勝負也是由角色控制器負責(zé)，一般游戲的音樂管理系統(tǒng)也集成在角色控制器中。對于全過程控制同一物體/角色的游戲，一般只有一套角色控制器，通常為第一人稱控制器或第三人稱控制器。

本作在主場景下控制同一角色，采用第一人稱視角，開發(fā)第一人稱角色控制器，游戲攝像頭位于角色模型的頭部里，玩家視角內(nèi)不會自己控制的人物，相較于第三人稱，有更好的沉浸感，且無需開發(fā)主角模型的動作，減少工作量；在小場景中，為滿足實現(xiàn)多種游戲機制，需為每個小場景定制角色控制器。

主場景中需要實現(xiàn)游戲視角的移動，玩家控制人物的移動，觸發(fā)事件，部分代碼如圖1。

圖1：角色控制部分代碼

3.2 UI設(shè)計

UI 是游戲開發(fā)中非常重要的一部分，所有交互都需要在其中完成。界面中的元素是多元化的，例如文本、圖片和按鈕相組合，搭配排列出完美的界面。Unity3D 中有獨立的UI 系統(tǒng)，稱為UGUI。UGUI 提供基礎(chǔ)元素包括文本、圖片、按鈕、滑動條和滾動組件等，但這些UI 不能單獨做為場景中的物體，Unity 中所有UI 元素必須作為Canvas 組件的子物體才能進行繪制。Canvas支持3種繪制方式——Overlay（最上層）、Camera 和World Space（3D 布局），其中用得最多的是Camera，它可以把正交攝像頭投影出來的UI 元素繪制在Canvas 面板上。

游戲開始界面，人物的對話窗口，場景中播放的視頻等都屬于UI，圖2 為游戲原型的開始界面，其中背景為動態(tài)的視頻帶音樂，三張圖片為按鈕，按下后直接進入秦/唐/明，方便演示使用。下方開始游戲按鈕將進入主場景博物館。

圖2：部分UI

本游戲啟動后加載一個幾乎為空的游戲場景，該場景僅含UI 和攝像機兩個游戲?qū)ο蟆I 繪制游戲開始界面，固定的攝像頭將畫面輸出到顯示器。

3.3 場景管理

Unity3D 提供了同步切換場景以及異步切換場景的方法。場景切換的原則是刪除當前場景，加載新場景。同步加載場景會引起卡頓，所以游戲中通常采用異步方法來加載場景。此時，就需要獲取加載場景的進度以及結(jié)束的事件了。首先，封裝一下加載的管理器類，然后監(jiān)聽加載進度，并在加載結(jié)束的地方調(diào)用它。此外，Uinty3D 還提供了多場景管理，即可以把多個小場景拼接成一個非常龐大的場景，運行游戲時。可以動態(tài)打開以及卸載這些小場景。如圖3，可以同時在加載兩個場景，并且互相編輯互不影響。

圖3：場景管理

本游戲的主場景較大，切劃分為不同的展區(qū)，所以我們把不同的展區(qū)做成小場景，拼接成主場景。游戲運行動態(tài)的加載和卸載，最多只會同時存在兩個展區(qū)，極大的優(yōu)化了性能，玩家也不會意識到場景的消失。

3.4 光照渲染

游戲優(yōu)秀的畫面能營造良好的沉浸感和引起玩家的興趣，這方面要求高質(zhì)量的建模外，還需光影的渲染。在游戲運行時實時計算光照渲染十分消耗GPU 性能，所以對與靜止的環(huán)境，我們使用Lightmap 技術(shù)。其原理是將場景中的燈光與物體產(chǎn)生的光照與陰影信息烘培在一張或多張Lightmap 貼圖中，這些物體不在參加實時光照計算，從而減少大量的性能開銷。缺點是靜態(tài)光照的對象在游戲過程中不能發(fā)生移動，所以游戲中通常把物體分成兩類：使用實時光照的會發(fā)生位移的動態(tài)物體；不可位移的靜態(tài)物體，如圖4是游戲中的小場景，全部使用靜態(tài)光照，GPU 性能消耗為0。

圖4：光照效果

本游戲中場景較大，物體多，光影環(huán)境復(fù)雜，所以大量使用靜態(tài)光照。

4 游戲效果測試

游戲測試需要邀請師生調(diào)研、試玩，收集玩家反饋。將玩家的體驗放在首位，重視玩家的建議，為游戲下一步的開發(fā)和修改提供參考。

開始游戲后，進入主場景博物館，大致如圖5和圖6所示。

圖5：游戲場景1

圖6：游戲場景2

當玩家沿博物館長廊走到特色地點時，將會觸發(fā)任務(wù)事件，進入小場景，完成目標，進行各種游戲化的學(xué)習(xí)。如圖7，展示了一個小場景中的游戲，玩家需要將低級爵位合成高級爵位且不能超過高度上限，它幫助玩家理解記憶古代等級制。

圖7：游戲?qū)W習(xí)

5 結(jié)束語

本文基于 Unity3D 引擎技術(shù)設(shè)計和實現(xiàn)了一款沉浸式中華簡史教育游戲 ，實現(xiàn)了游戲設(shè)計中對歷史知識的學(xué)習(xí) ，同時 ，將歷史知識與眾多流行的游戲機制融合 ，多種趣味性的小游戲讓青少年可以通過這款歷史教育游戲走進歷史場景，身臨其境，引發(fā)對歷史的興趣和思考。本游戲設(shè)計過程中 ，在開發(fā)游戲的娛樂功能的同時 ，更加注重游戲的寓教于樂。將歷史元素引入游戲多種游戲機制中 ，將會使玩家游戲過程中潛移默化的接受教育，具有重大的意義。后期將繼續(xù)完善本游戲，擴展游戲資料，優(yōu)化用戶體驗。