設計一個多人互動游戲

謝作如 陸雅楠

利用編程軟件和開源硬件制作的人機互動游戲案例已經越來越多，但是多人互動的游戲卻很少見，因為這需要網絡的支持。掌控板是一款使用物聯網芯片開發的開源硬件，具備了連接網絡的功能，如何運用類似掌控板之類能夠聯網的開源硬件，設計可以多人互動的游戲，成為我們研究的新方向。

賽龍舟是我國的一個重要習俗，是一項典型的集體競賽活動。將這項活動搬入室內，甚至是搬入課堂，以一種全新的形式呈現出來，肯定挺好玩。掌控板自帶了加速度傳感器，可以感知“劃槳”的動作，再結合物聯網技術，將大家的動作統一呈現在一個屏幕上，為“賽龍舟”的游戲設計提供了技術上的保障。

● 多人互動游戲的技術分析

物聯網（Internet of Things，簡稱IoT）是借助互聯網、傳統電信網等信息承載體，讓所有能行使獨立功能的普通物體實現互聯互通的網絡。MQTT是常見的物聯網通信協議，采用主題（TopicID）來實時發送和接收（訂閱）消息，使用起來非常簡單（如圖1）。

掌控板支持MQTT協議。本游戲案例為人手一塊掌控板，設置掌控板連接Wi-Fi，然后利用掌控板的加速度傳感器感知晃動幅度，即劃槳的動作，接著上傳到MQTT服務器。Mind+軟件也連接MQTT服務器，訂閱物聯網信息，再用不同的龍舟角色呈現不同掌控板的前進速度，就完成了這一互動游戲。系統運行流程如圖2所示。

● 開發工具準備

1.Mind+

Mind+是開源硬件企業DFRobot推出的IDE工具。其支持兩種編程模式，一是實時交互模式，二是離線下載模式。實時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MQTT服務器，和其他接入MQTT服務器的智能硬件進行交互。基于Mind+的MQTT簡單調試如圖3所示。

2.掌控板

一個游戲用戶需要一塊掌控板。根據賽龍舟的活動特點，制作一個船槳，將掌控板安裝到船槳上采集真實的“劃槳”數據。注意，掌控板要加電源。圖4中的掌控板加了帶電源的擴展板。

3.SIoT服務器

SIoT是一個跨平臺的標準MQTT服務器，不需要經過復雜的配置，一鍵啟動即可使用。SIoT也是一款開源軟件，是“虛谷物聯”項目的核心軟件，根據操作系統下載相應的版本即可。

● 代碼編寫

1.物聯網環境準備

雙擊運行與系統匹配的SIoT運行文件，屏幕會彈出一個黑色的CMD窗口（如圖5），確保在配置中此窗口不關閉。

運行Mind+軟件，并在拓展中選擇“網絡服務”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，參考代碼如下頁圖7所示。首先，掌控板設備與服務器建立連接，在服務器上能夠實時反饋數據。其次，設置變量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），從而計算槳的晃動幅度，然后上傳到MQTT服務器。

“MQTT初始化參數”設置：服務器地址設置為SIoT服務器的IP地址，TopicID（主題）設置為“項目ID/名稱”（如下頁圖8）。不同的掌控板設置不同的TopicID，如“longzhou/0”“longzhou/1”“longzhou

/2”分別代表三塊掌控板。

3.Mind+代碼

Mind+的代碼在“實時模式”下編寫，需要設置一個河水的背景，然后添加龍舟角色，根據掌控板的數量添加多個角色，龍舟角色的參考代碼如下頁圖9所示。同樣在“MQTT初始化參數”中設置“longzhou/0”“longzhou/1”“longzhou/2”這三個TopicID。

通過不同玩家控制的掌控板傳來的順序，一一對應到各自的角色（龍舟）上，不同晃動幅度龍舟的前進速度不同。

● 游戲測試

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。當掌控板出現數值就表示連接MQTT服務器成功，就可以開始游戲了。Mind+軟件會準確計算出每名玩家的劃槳幅度并將其呈現在龍舟的前進速度中，最終玩家們根據龍舟觸邊先后決出勝負。其測試效果如圖10、圖11所示。

● 結語和展望

通過實踐，筆者認為這款游戲還可以繼續改進，如：①可以通過添加音效使得游戲更加真實，玩家體驗感更好;②在背景畫面上可以添加動圖效果，制作出龍舟比賽時水流的特效;③可以思考設計團隊模式游戲，三人一組劃一條龍舟進行競賽。

結合SIoT和掌控板，可以設計更多有意思的多人互動游戲，也可以設計一些真實的應用，如網絡投票。在一些集體活動中玩這樣的互動游戲，不僅有趣，還能夠培養學生的集體意識。希望本案例能拋磚引玉，有更多的教師帶領學生做類似的研究。