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(lián)網芯片開發(fā)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(lián)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(xiàn)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(lián)網技術，將大家的動作統(tǒng)一呈現(xiàn)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(lián)網（Internet of Things，簡稱IoT）是借助互聯(lián)網、傳統(tǒng)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(xiàn)互聯(lián)互通的網絡。MQTT是常見的物聯(lián)網通信協(xié)議，采用主題（TopicID）來實時發(fā)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(xié)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(lián)網信息，再用不同的龍舟角色呈現(xiàn)不同掌控板的前進速度，就完成了這一互動游戲。系統(tǒng)運行流程如圖2所示。

● 開發(fā)工具準備

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?；贛ind+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(shù)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(lián)”項目的核心軟件，根據操作系統(tǒng)下載相應的版本即可。

● 代碼編寫

1.物聯(lián)網環(huán)境準備

雙擊運行與系統(tǒng)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(shù)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(shù)”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“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(shù)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(shù)”中設置“l(fā)ongzhou/0”“l(fā)ongzhou/1”“l(fā)ongzhou/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(xiàn)數(shù)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(xiàn)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(xù)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(yǎng)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。