石劉帥, 張?zhí)靿? 代 槿, 申清源

(鄭州大學(xué) 軟件與應(yīng)用科技學(xué)院， 鄭州 450000)

引言

親子互動是指父母與子女之間發(fā)生的一切交互作用和影響。傳統(tǒng)的親子互動對時(shí)空、材質(zhì)的要求性很高，比如去看電影、旅游、沙包、積木之類。如今社會的快節(jié)奏，讓大部分父母都沒有充裕時(shí)間與孩子融入這樣的互動。艾瑞發(fā)布的《2015年中國上班人群洞察報(bào)告》數(shù)據(jù)顯示：‘26-30歲是上班人群比例最高的年齡段。并且作為經(jīng)常照顧孩子的“媽媽”這一角色，在這一年齡段中仍舊有很大的比例’[1]。再加上現(xiàn)在的孩子學(xué)習(xí)任務(wù)繁重，娛樂互動時(shí)間有限，傳統(tǒng)的親子互動方式很難對孩子成長產(chǎn)生好的效果。父母們都需要通過更加簡單方便的操作去實(shí)現(xiàn)與孩子之間的互動，并且最好是家庭之間的多人交互，增進(jìn)家庭親近氛圍，父母作為孩子的第一位教師，親子間開展親子游戲是孩子運(yùn)動、認(rèn)知、情感、創(chuàng)造力、社交等多種能力成長的關(guān)鍵[2]。

基于Android的智能手機(jī)、智能設(shè)備為親子之間進(jìn)行便捷、高效的互動提供了支持。但是以平板電腦與智能手機(jī)為應(yīng)用形式容易導(dǎo)致孩子形成設(shè)備依賴，對設(shè)備的依賴包括難以控制時(shí)間、沉迷游戲和自制力薄弱等，對兒童的生活習(xí)慣和學(xué)習(xí)發(fā)展造成直接的影響[3]。這時(shí)候，就需要父母對孩子的疏導(dǎo)調(diào)控，讓智能設(shè)備對孩子發(fā)揮有利的影響。在《APP在親子互動中的調(diào)查研究》[4](簡稱《研究》)中顯示，0～12歲的孩子中，APP等電子設(shè)備在孩子的喜愛玩物中占47.8%，僅次于普通的玩具，并且隨著APP的不斷完善及APP與智能硬件的強(qiáng)勢結(jié)合，APP在孩子心中的地位也在持續(xù)上升?！堆芯俊芬诧@示，兒童在玩APP的頻率上為每周3～4次，多則高達(dá)五次、及五次以上，這種平均頻率如果運(yùn)用到親子互動上，結(jié)合父母的工作時(shí)間與孩子的學(xué)習(xí)時(shí)間，就會成為一個(gè)比較理想的參考選擇次數(shù)。

結(jié)合目前安卓機(jī)的廣闊市場，本親子互動產(chǎn)品以游戲?yàn)槟Ｐ?，基于Android設(shè)計(jì)研究了親子游戲的開發(fā)。

1 基于Android平臺進(jìn)行親子互動游戲的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

1.1 設(shè)計(jì)思想

本次研究是以移動設(shè)備為硬件支撐，并基于Android技術(shù)，開發(fā)提出一款新型親子互動游戲。游戲以簡單便捷為特點(diǎn)，以營造和諧的家庭氛圍為目標(biāo)，親子均有份參與，以完成游戲的任務(wù)為驅(qū)動，創(chuàng)造平等交流、獨(dú)立自主的親子互動環(huán)境。從而不斷提升家庭的親和力與凝聚力。

1.1.1 環(huán)境支持

本產(chǎn)品采用的是Java語言(Jdk1.8)，使用了Android SDK 21，兼容Android5.0及以上版本。服務(wù)器選擇了Apache Tomcat 8.0；數(shù)據(jù)庫為MySQL 5.7；前端開發(fā)工具為Android Studio 2.2.2；后端開發(fā)工具為IntelliJ IDEA 2016；項(xiàng)目管理、版本控制工具則選擇了Maven3.5+Git。

本產(chǎn)品是基于Android技術(shù)進(jìn)行開發(fā)實(shí)現(xiàn)的，結(jié)合目前安卓機(jī)的重要市場地位，使用安卓手機(jī)充當(dāng)軟件的運(yùn)行設(shè)備。

1.1.2 技術(shù)支持

本產(chǎn)品使用Android技術(shù)與后臺Web技術(shù)相結(jié)合的開發(fā)思想。Android提供了各種設(shè)計(jì)類庫，使得在較短操作時(shí)間內(nèi)、規(guī)模較小的團(tuán)隊(duì)就可成功推出作品問世。本次研發(fā)中，涉及到的設(shè)計(jì)技術(shù)可闡釋如下：

(1)Android前臺采用MVP(Model-View-Presenter)設(shè)計(jì)模式。MVP 是從經(jīng)典的模式MVC演變而來，繼承了MVC的優(yōu)秀設(shè)計(jì)，具體就是：Controller/Presenter重點(diǎn)針對邏輯的處理，Model提供數(shù)據(jù)，View用于顯示。但作為一種新模式，MVP與MVC也呈現(xiàn)有一個(gè)重大差別：在MVP中View并不直接使用Model，兩者間的通信是通過Presenter (MVC中的Controller)來進(jìn)行的，所有的交互都發(fā)生在Presenter內(nèi)部，而在MVC中View會直接從Model中讀取數(shù)據(jù)、而不是通過 Controller[5]。

(2)Android端與Web交互采用RxJava+Retrofit+OkHttp技術(shù)。RxJava+Retrofit+OkHttp將請求過程中的處理進(jìn)行了統(tǒng)一封裝，回傳給調(diào)用者，根據(jù)自定義回傳類型方便查詢錯(cuò)誤類型和信息。

(3)Web端采用SSM框架。SSM(Spring+ SpringMVC+ MyBatis)框架集由Spring、SpringMVC、MyBatis三個(gè)開源框架整合而成，常作為數(shù)據(jù)源較簡單的Web項(xiàng)目的框架。其中，Spring是一個(gè)輕量級的控制反轉(zhuǎn)(IoC)和面向切面(AOP)的容器框架。SpringMVC分離了控制器、模型對象、分派器以及處理程序?qū)ο蟮慕巧?，這種分離使其更易于實(shí)現(xiàn)研究定制。

MyBatis是一個(gè)支持普通SQL查詢、存儲過程和高級映射的優(yōu)秀持久層框架[6]。

1.1.3 游戲設(shè)計(jì)策略

軟件中研發(fā)了多種集智力與體力于一身的趣味游戲，提供游戲規(guī)則，在親子游戲設(shè)計(jì)中遵守平等性、互動性、安全性、趣味性、情感化、發(fā)展性、適齡性、教育性、藝術(shù)性以及個(gè)性化原則[7]。讓父母與孩子共同遵守相同的規(guī)則，智力與體力游戲平衡孩子的身心發(fā)展，并結(jié)合心理學(xué)、運(yùn)動學(xué)的研究，根據(jù)孩子獨(dú)特心理與生理特點(diǎn)，設(shè)計(jì)游戲規(guī)則與任務(wù)，達(dá)到孩子全面、健康發(fā)展的目標(biāo)。同時(shí)，又細(xì)致考慮了父母的感受，不斷變換游戲任務(wù)種類，避免父母對游戲產(chǎn)生無聊心理。游戲的核心是增強(qiáng)親子之間的互動程度，親子在平等的基礎(chǔ)上投入?yún)⑴c，共同娛樂。

1.2 游戲說明

該產(chǎn)品通過在APP客戶端上生成2個(gè)角色，一個(gè)代表父母，一個(gè)代表孩子，這2個(gè)角色共享同一條游戲路線，線路則由若干個(gè)網(wǎng)格組成。雙方起點(diǎn)位置相同，當(dāng)2個(gè)角色的位置重合時(shí)，會顯示為紅色。當(dāng)其中一方角色點(diǎn)擊了“開始旋轉(zhuǎn)”按鈕，界面會產(chǎn)生一個(gè)隨機(jī)數(shù)，表示該角色向前運(yùn)動的步數(shù)，如此移動后系統(tǒng)會隨機(jī)彈出一個(gè)運(yùn)動提示，此時(shí)父母或者孩子需依據(jù)提示完成相應(yīng)的運(yùn)動通過該關(guān)卡，然后另一個(gè)角色也依次做出相應(yīng)的動作，直至系統(tǒng)提示游戲結(jié)束。

2 技術(shù)設(shè)計(jì)

2.1 游戲操作引導(dǎo)

采用了自定義組件LeadGuideViewPager(繼承于ViewPager)作為展示界面的控件。一個(gè)LeadGuideViewPager中可以容納若干個(gè)Fragment(每個(gè)Fragment可顯示一個(gè)界面)，可以向左或者向右切換不同的Fragment，若干個(gè)Fragment將引導(dǎo)用戶如何使用本產(chǎn)品。為提升用戶的興趣，引導(dǎo)界面添加了炫酷的動畫效果，例如：小圖標(biāo)的若隱若現(xiàn)等。

2.2 選擇場景

選擇場景部分直接選擇了ViewPager作為展示界面，加入畫廊特效，ViewPager中每一個(gè)Fragment是一種場景，每一個(gè)場景上均標(biāo)示有對應(yīng)該場景的背景圖片、名稱、以及與其相鄰的上/下場景的名稱。通過向左或者向右滑動Fragment即可切換喜歡的游戲場景，隨著軟件后續(xù)的不斷升級，游戲場景內(nèi)容也會越來越豐富[8]。

游戲場景可分為已解鎖場景和未解鎖場景，系統(tǒng)初始化會提供5種已解鎖場景，若要解鎖場景，即需不斷地闖關(guān)獲得金幣用于解鎖場景。

2.3 選擇工具

選擇情景后進(jìn)入選擇工具界面，可以選擇用戶家中已有的工具作為本次游戲運(yùn)動的道具。同時(shí)，支持一鍵全選功能、系統(tǒng)推薦功能,界面顯示通過RecyclerView呈現(xiàn)給用戶。RecylerView是support-v7包中的新組件，是一個(gè)強(qiáng)大的滑動組件，與經(jīng)典的ListView相比，同樣擁有item回收復(fù)用的功能，這一點(diǎn)從對其命名RecyclerView、即回收View中也可以看出。

系統(tǒng)采用了RecyclerView的原因如下：

(1)RecylerView封裝了Viewholder的回收復(fù)用，也就是說RecylerView對ViewHolder建立了標(biāo)準(zhǔn)化，編寫Adapter面向的是 ViewHolder而不再是View。而且，因?yàn)榉庋b了復(fù)用的邏輯，流程編寫也更趨簡單。

(2)提供了一種插拔式體驗(yàn)，高度解耦，且異常靈活，針對一個(gè)Item的顯示RecylerView專門研發(fā)抽取了相應(yīng)類來控制Item的顯示，使其呈現(xiàn)出十足優(yōu)秀的擴(kuò)展性。例如Recyclerview不局限于下拉列表，同時(shí)還可支持GridView效果和瀑布流效果。

(3)可以控制Item增刪的動畫，運(yùn)行中是通過ItemAnimator類進(jìn)行控制。當(dāng)然，針對增刪的動畫，RecylerView也有其自身默認(rèn)的實(shí)現(xiàn)。

2.4 游戲初始化

對于游戲界面中的不同的地圖，采用了Fragment來顯示，為了制定統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，定義一個(gè)接口IGameFragment.java。這里，給出該接口主要方法可見如下：

(1) setWidgetsFromActivity： Activity與Fragment之間的通訊。

(2)getGameService：獲取游戲GameManager對象(見2.4.1)。

(3)startGame： 開始游戲，調(diào)用該方法即可進(jìn)入游戲。

為方便開發(fā)，定義游戲接口IGame.java。研究可得該接口中主要方法表述如下：

(1)resumeGame：處理游戲開始之前的業(yè)務(wù)。

(2)startGame：游戲開始時(shí)要處理的業(yè)務(wù)。

(3)moveOnce： 某一玩家走了若干步后處理的業(yè)務(wù)。

(4)showMessage：顯示提示信息。

(5)gaming： 監(jiān)聽玩家狀態(tài)。

(6)gameSucess： 某一玩家獲得勝利，游戲結(jié)束后處理的業(yè)務(wù)。

(7)reGame：恢復(fù)游戲到初始狀態(tài)。

2.4.1 游戲核心類-GameManager.java

構(gòu)造函數(shù)-推薦使用傳入2個(gè)參數(shù)，一個(gè)是游戲配置對象GameCfg(見2.4.2)，一個(gè)是Context、即可構(gòu)建一個(gè)GameManager對象。GameManager是游戲居于核心的設(shè)計(jì)類，整合掌握著諸如封裝玩家的數(shù)據(jù)，控制游戲的行為進(jìn)程，處理玩家信息，監(jiān)聽游戲運(yùn)動情況，提示運(yùn)動消息(通過彈框向用戶反饋消息)，配置開始游戲接口，封裝了全自動構(gòu)建地圖算法等一系列的業(yè)務(wù)邏輯。

GameManager是一個(gè)重量級的類，為此使用了單例模式。在創(chuàng)建了一個(gè)GameManger對象后將會留于緩存，下次使用將直接從緩存中提取，減少內(nèi)存占用空間。

2.4.2 游戲配置類-GameCfg.java

在游戲配置類中，可以分別配置網(wǎng)格的寬/高度、連接網(wǎng)格的線長度，每一段的網(wǎng)格個(gè)數(shù)(數(shù)組格式)，運(yùn)動網(wǎng)格的下標(biāo)(從0開始)、前臺界面LinearLayout的集合。undes是一個(gè)數(shù)組，表示反向排列的下標(biāo)集合(規(guī)定向右或者向下為正方向，向左或者向上為反方向)，isFirstVertical則表示第一段路線是否為垂直的。

2.4.3 全自動構(gòu)建游戲地圖算法

在算法設(shè)計(jì)中，為方便實(shí)現(xiàn)自動化，將一個(gè)地圖分成若干段，每當(dāng)?shù)貓D走向改變時(shí)即劃分為一段，如圖 1所示。這樣，一個(gè)復(fù)雜的地圖將會劃分為若干條直線小地圖。其中，每段地圖都在一條水平線上。引入此種設(shè)計(jì)處理后，只要確定了第一段地圖的位置，再根據(jù)傳入的數(shù)據(jù)參數(shù)通過運(yùn)算即可判定下一段地圖的方向、長度、運(yùn)動網(wǎng)格位置。

該算法需要一個(gè)GameCfg(游戲配置)對象作為參數(shù)。GameCfg參數(shù)中保存了地圖中每一個(gè)方格的寬/高度、連接方格線的長度、每一段方格的個(gè)數(shù)集合、運(yùn)動方格的位置索引集合、地圖方格的總數(shù)、地圖走向向左和向上段的索引集合、地圖中第一段的走向(垂直或水平)、用于顯示的ViewGroup組件集合。根據(jù)約定，將GameCfg對象中的數(shù)據(jù)進(jìn)行邏輯處理。

圖1 全自動構(gòu)建地圖算法分割段分析圖

Fig.1Analysismapofautomaticconstructionofmapsegmentationalgorithm

2.5 開始游戲

根據(jù)初始產(chǎn)生的一個(gè)隨機(jī)數(shù)。開始游戲，點(diǎn)擊“開始”的時(shí)候，通過一個(gè)匿名線程對界面不斷地提供渲染，產(chǎn)生一種角色在網(wǎng)格上運(yùn)動的效果。

2.6 游戲監(jiān)聽

玩家的位置根據(jù)游戲的進(jìn)度在不斷地發(fā)生變化，為了有效判斷玩家是否到達(dá)了帶有運(yùn)動的方格，此時(shí)就需要系統(tǒng)的游戲監(jiān)聽服務(wù)。在游戲開始后，系統(tǒng)將隨即在后臺啟動游戲監(jiān)聽服務(wù)，每當(dāng)某一玩家到達(dá)一個(gè)新位置時(shí)，監(jiān)聽服務(wù)即會判斷該位置是否為運(yùn)動方格。若為運(yùn)動方格，就彈出對應(yīng)的運(yùn)動故事情節(jié)；若不是，則進(jìn)入下一步監(jiān)聽，直到游戲結(jié)束，該服務(wù)自動停止。

3 體感技術(shù)在親子互動中的研究

體感技術(shù)也稱為動作感應(yīng)控制技術(shù)，就是通過電子設(shè)備的獨(dú)特設(shè)計(jì)，而最終達(dá)到的可以非觸摸式操作為交互形式的智能應(yīng)用技術(shù)。用戶只是手持移動設(shè)備，僅憑動作、聲音就可以與機(jī)器進(jìn)行交互。為更加自然地實(shí)現(xiàn)親子互動提供了有效技術(shù)支持。

微軟打造的Kinect是利用光學(xué)技術(shù)著重研發(fā)了對人體關(guān)節(jié)的識別，從而探討實(shí)現(xiàn)了人體動作識別的體感操作技術(shù)。Kinect通過體感外設(shè)、3D攝像頭等成像裝置、以及陣列式麥克風(fēng)等設(shè)備偵測探知使用者的感官動作，獲取彩色、深度與聲音的數(shù)據(jù)流，通過數(shù)據(jù)分析、技術(shù)與處理，并與內(nèi)置人體動作進(jìn)行對比分析，觸發(fā)相應(yīng)的應(yīng)用程序，再以視覺或者聽覺的形式在系統(tǒng)界面上生成效果響應(yīng)[9]。

父母與孩子無需通過移動設(shè)備，只需在攝像頭前做出指定動作即可實(shí)現(xiàn)對游戲的控制，計(jì)算機(jī)虛擬系統(tǒng)根據(jù)玩家的動作姿態(tài)來形成判斷，并反饋給玩家，雙方可以親身體驗(yàn)游戲角色，完善游戲體驗(yàn)度，滿足孩子好動天性，有利于孩子的身心發(fā)展，同時(shí)提升親子互動分享程度。基于Kinect的親子互動流程設(shè)計(jì)如圖2所示。

圖2 Kinect親子互動流程圖Fig. 2 Kinect parent-child interaction flow chart

在體感游戲設(shè)計(jì)策略上，以肢體動作變化來指揮操作的體感游戲，應(yīng)該是一個(gè)運(yùn)動和游戲相結(jié)合的整體設(shè)計(jì)過程[10]。將游戲和運(yùn)動相結(jié)合，并在其中設(shè)計(jì)加入增強(qiáng)孩子德智的環(huán)節(jié)，親子雙方共同遵守游戲規(guī)則，在平等的意識下，相互交流，共同暢享游戲互動樂趣。

4 結(jié)束語

親子游戲產(chǎn)品應(yīng)用到市場上將會改變大部分的親子娛樂方式，能夠有效地改善移動互聯(lián)網(wǎng)帶來的一些負(fù)面影響。本文開發(fā)的基于Android的親子互動平臺，能夠在短時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)較高質(zhì)量的親子互動，有利于孩子的健康成長以及家庭的和諧。在文章最后，還進(jìn)一步闡釋了基于Kinect的非接觸式親子互動，為更加高維度的親子互動方式的研發(fā)提供了理論探索空間和未來發(fā)展方向。

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