基于增强现实技术的幼儿科普教育游戏开发

张衡 肖浩然 李娇 陈智 柳旭

摘 要： 本文基于增强现实（AR）技术的儿童教育游戏设计实践为例，通过研究分析3-6岁学龄前儿童的认知及行为特征，设计出适用于3-6岁幼儿科普教育游戏《AR恐龙博物馆》。以益智游戏的形式帮助儿童了解和认识恐龙，并且锻炼儿童的眼、手、脑协调能力和探索知识之兴趣。游戏包含多个恐龙的二维形象及三维动画，在亲子或儿童之间的游戏过程中，可以充分了解恐龙的不同特征、习性及其进化、灭绝之过程。

关键词： 增强现实 幼儿科普 教育游戏 游戏开发

中图分类号：G43 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2016）04（b）-0000-00

1 引言

幼儿在游戏的过程中获得探索和认知世界的技能，游戏是其成长过程中必不可少的活动。随着智能手机和平板电脑等移动设备的普及，虚拟现实和增强现实（VR&AR）技术的发展，使儿童教育游戏以数字媒体为载体呈现出形式多样、生机盎然的趋势，并且成为陪伴幼儿成长的重要途径。本文介绍了一种基于增强现实技术（AR）幼儿教育游戏的新玩法，是一款以恐龙为主题形象，面向3-6岁幼儿，促进其智力、认知和动手能力发展的AR教育游戏。

2 游戏概念及规则设定

本课题设计了一种结合增强现实技术、实物玩具和数字媒体内容的游戏新玩法，大大提升了现有增强现实科普游戏的交互性及娱乐性。游戏方案是：将增强现实技术与游戏角色玩具卡片、独创的游戏地图相结合。以恐龙角色玩具卡片作为玩家角色，并设计相应的主题场景作为游戏地图，以棋牌或对战的形式进行游戏，游戏过程中通过AR技术可获得更加生动形象的游戏动画效果和科普内容。游戏可由最多四个玩家同时进行，每个玩家拥有一张恐龙角色卡片，不同玩家对应不同的起点和终点。游戏规则类似飞行棋玩法，并结合幼儿认知特点加以简化和改良。

安装并打开游戏APP后，用摄像头扫描游戏地图和角色卡片，屏幕将出现3D角色和场景，当移动角色卡片触发地图中的关卡或障碍时，可在屏幕上观看相应的恐龙角色动画，伴有恐龙习性等科普内容。地图中的关卡障碍会随机变换，需扫描恐龙卡片答题闯关。游戏过程中涵盖了恐龙时期的动植物特点、历史知识、考古挖掘等科普内容，寓教于乐。

3 游戏开发过程

为符合3-6岁幼儿的视觉认知特点，游戏UI的美术风格选用颜色饱满、线条流畅的卡通风格，游戏场景和内容采用二维形象与三维角色动画相结合。抽象具象并现，更激发幼儿的想象力和审美情绪。

3.1游戏2D美术设计

本游戏涉及的UI和恐龙卡通形象，均使用矢量卡通风格，夸张了恐龙的造型特征，简化了恐龙四肢及躯干上的细节刻画，以符合儿童审美认知特点。以 “三角龙”为例，三角龙最显著的特征是其头上的三只角、巨大的头盾、尖尖的嘴，在设计时笔者保留了这些特征。为了使线条更加流畅优美，用粗线条完成造型轮廓，然后进行填色以及阴影刻画。

3.2三维模型及动画制作

三维模型是游戏场景及角色动画的主要构成元素，三维模型和动画的质量及文件大小对游戏至关重要，此外模型动画的资源包在下游平台的通用性也需要考虑。建模和动画是个复杂而繁琐的过程，需要建模师对设计对象的各角度有全局把控能力，是技术性操作与艺术化处理的集中体现。关于三维模型制作、贴图以及骨骼绑定、动画的制作，笔者在此不多赘述。

3.3 Unity游戏资源整合及游戏编程

本课题游戏架构和程序均在开源游戏引擎Unity中进行搭建和开发，是目前主流的通用性游戏引擎之一，可以整合2D和3D游戏资源，可以后期发布成多平台游戏安装包，也是非常适合儿童教育游戏开发的游戏平台。本游戏选择Android编译平台进行游戏的开发。此外，还要提前将游戏窗口的分辨率大小进行设置，以方便后期的界面交互设计。在此，笔者将游戏窗口分辨率设为2560*1440，Unity可以自动适配不同设备的屏幕，以保证市场上大部分移动设备屏幕的显示效果。

4总结

本课题游戏的主要创新点如下：首先是将增强现实技术融入到幼儿教育游戏中，提升了教育游戏的趣味性；其次是创新了一种整合玩具与数字游戏互动的游戏玩法，增强了AR教育游戏的交互性；最后是游戏巧妙地将恐龙百科知识融入游戏关卡中，儿童玩家只有了解相关知识才能通关，增强了教育游戏的教育性。实践证明，技术的每个进步都会对教育产生深远影响。笔者希望此次将虚拟现实技术引入儿童教育游戏的尝试，更能够从多感官吸引儿童的注意力，调动其学习积极性，能够切实应用到儿童互动教育的环节之中。

5 感谢

本课题由常州市科技支撑项目提供支持：《基于互联网的幼儿多元智能教育游戏平台的研发与应用（编号：CE20155059）》；且为河海大学2015-2016年度《江苏省省级大学生创新创业训练指导项目（编号：201510294043X）》。

参考文献

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