论文总字数：22511字

摘 要

本次毕业设计的方向，就是通过电子游戏设计将机械原理蕴含在游戏中，并让游戏参与者（学生）在游戏中学习到一定的机械原理知识。在了解机械原理的前提下，建立一个游戏将简单机械原理知识运用其中，研究通过游戏教授游戏参与者知识的可行性，探索严肃游戏教育方式。

游戏产业是当今最为火爆的娱乐产业之一，其发展速度以及发展潜力令世界瞩目。在美国，电影产业在规模上已经被游戏产业超过多年。

严肃游戏是最近在游戏界以及教育界新兴起的研究领域。由于严肃游戏具有娱乐性与教育性并重的特点，因此受到教育家们的青睐。在严肃游戏领域，国内外的游戏工作者以及教育工作者已经开始了相关的探索研究，如何将具有足够深度的知识恰当的融入游戏中并且不破坏游戏的乐趣性成为了当前此领域的热门研究课题。

本次设计的游戏使用RPGmaker软件开发，以RUBY语言为基础，将知识与操作相结合，将机械元件的组合形式进行模拟，开发机械元件合成系统，利用自行车的组装来体现机械设计过程，利用软件自带的动画以及事件系统体现制造出机械的运行模式，让学生在游戏中体会到创造机械了乐趣以及学到相关知识。

关键词：机械原理、电子游戏、RPGmaker、RUBY、严肃游戏

A DEVELOPMENT OF GAME BASED ON THE MECHANIAL PRINCIPLE

02011207 Yiqiu Bai

Supervised by Jingjie Sha

Abstract

The graduation design is to design a game which contains the mechanical principles knowledge and to make users (students) learn some mechanical knowledge through a video game .On the premise of understanding some of mechanical principles, we design a game containing simple mechanical principles knowledge, and study the feasibility of teaching students knowledge through games and explore the education mode of serious games.

The game industry is one of the most popular entertainment industries, and its development speed and potential development potential draw the attention of the world. In the USA, the film industry has been surpassed in terms of scale by the game industry for many years.

Recently, Serious Games has been a new research field, rising in gaming and education. Because of Serious Games’ entertaining and educational characteristics, it gets favor of educators. In the field of serious games, game designers and the educators at home and abroad have begun the exploration of related research. To find the way to make the game have sufficient depth of knowledge and not destroy its fun has become the current hot research topic in this area.

This design is developed by RPGmaker software on the basis of the RUBY language, and combines knowledge and operation. It simulates the combination of mechanical components and developed Mechanical component synthesis system. The system uses bicycle assembly to show mechanical design process, using the animation software which comes with RPGmaker and Event system to show the running mode of producing machinery. The game can make students experience the fun of creating and learn the related knowledge.

Keywords: mechanical principle; electronic games; RPGmaker; RUBY; serious games

目 录

1.绪论 1

1.1引言 1

1.1.1 研究背景 1

1.1.2严肃游戏的发展以及严肃游戏对于教育的影响 1

1.2相关技术分析 2

1.2.1游戏开发引擎选择 2

1.2.2 RPGmaker基本功能 3

1.3 RUBY语言概念 4

1.4机械原理在游戏中的应用以及本次游戏设计所完成工作 5

2.游戏系统总体设计 6

2.1地图设置以及地图事件 6

2.1.1【校园】地图介绍 6

2.1.2【校园东区】地图介绍 11

2.1.3【牧场】地图介绍 15

2.2数据库设置 21

2.2.1物品数据 21

2.2.2公共事件 24

2.3核心系统玩法 24

2.3.1机械设计学习系统 24

2.3.2自行车设计 27

2.3.3机械物品合成系统程序编写 28

2.3.4灌溉系统设计 32

2.3.5水泵系统设计 36

3.游戏参与者学习体验路线 39

3.1游戏参与者出生地点介绍 39

3.2部分游戏情节设计 40

3.3自由时间玩法 41

4.总结与展望 44

4.1毕业设计总结 44

4.2还需解决的问题 44

4.3对于机械类严肃游戏的展望 45

致谢 47

参考文献 48

基于机械原理的创新设计游戏开发

1.绪论

1.1引言

1.1.1 研究背景

当今，随着计算机技术和网络技术的蓬勃发展^[1]，越来越多的领域尝试利用电子游戏的投入性来吸引使用者并达到相应的效果与目标。教育行业也将目光投入此中，有关教育的电子游戏也就应运而生。

相比于其他的教育媒介，电子游戏具有其得天独厚的优势。首先，它为游戏参与者提供更加直观的观察体验。电子游戏可以模拟各种现实中很难操作的实验和演示过程，成本低，效率高，是绝佳的教育平台；其次，电子游戏具有其他教育媒介很难提供的互动性，能够为教师与学生提供一个对话与合作的平台；最重要的一点，是电子游戏能使更多受众体会到科研项目的乐趣，如果能够成功将科研的乐趣在游戏中体现出来，那么将会使更多的人对科研产生兴趣，从而对教育事业产生重大积极影响。

1.1.2严肃游戏的发展以及严肃游戏对于教育的影响

最近,严肃游戏(Serious Games)——不只是“有趣”的游戏,而是使受众感到除了有趣和娱乐有更多的意义的游戏——变得非常受欢迎，成为学术界迷人的应用领域。^[2]严肃游戏是一项正在蓬勃发展的产业。^[3]业内大多数人对严肃游戏这个术语的基本描述为已经使用在教育、培训、健康、和公共政策等方面的游戏。^[4]该定义中指出，严肃游戏与最基本的以娱乐为主要目的单纯电子游戏最大的区别重点体现在两者之间作用和形式上面。从游戏设计者以及游戏参与者的角度上来说，如果严肃游戏无法让人觉得有趣，使知识具有以往很难被发现的趣味性，那么严肃游戏也就真的很严肃，其与死板的教科书之间的区别也就不再存在。

严肃游戏的本质体现在以下两点：

1. 严肃游戏具有远远超越传统游戏市场的教育应用潜力。
2. 严肃游戏也具有传统电子游戏的基本娱乐特质。

1.2相关技术分析

1.2.1游戏开发引擎选择

本次游戏设计，由于主要目的是为了通过游戏来表现机械原理知识，因此选择一个合适的引擎对于游戏开发来说十分重要，也是本次游戏开发设计的前提基础。

游戏引擎相当于一个框架，游戏开发人员只需要根据自己的想法向这个框架中填充内容即可完成游戏开发。^[5]游戏引擎是游戏中进行实时图像交互应用的核心组件^[6]，部分的引擎提供了二次开发的功能。开发出游戏引擎其目的在于让游戏设计者以及开发者能方便和迅速地做出游戏程序而无需由零开始从程序代码等基本软件开发知识学起。事实上，在游戏引擎的帮助下，我们可能连一行代码都不需要写就能制作出游戏。^[7]

游戏引擎基本包含以下系统：

1. 渲染引擎，即所谓“渲染器”，含二维图像引擎和三维图像引擎。
2. 物理引擎、碰撞检测系统。该系统能够模拟基本的物理情况，设计者无需非常了解物理知识，有基本的生活常识即可使用该系统模拟现实中的物理情况，而无需再编辑模拟物理情形。物理引擎的工作流程就是对渲染场景的每一帧进行物理模拟，再对具有物理特性的模拟实体进行状态与受力分析。^[8]
3. 音效、电脑动画引擎以及场景管理系统。该系统提供了构成一款游戏所必需的艺术类设计开发引擎，能够让游戏以不同的艺术风格来表现游戏设计者的思路。
4. 脚本引擎。游戏脚本是计算机游戏逻辑的载体。^[9]脚本引擎为开发者提供了各种可编辑脚本，从而也提供了丰富游戏体验的条件。脚本引擎的强大与否直接影响到游戏的可变化性。拥有强大脚本引擎的游戏引擎可以给予开发者很大便利，开发者可通过脚本重新开发出各类游戏系统而非只单纯靠游戏引擎提供的系统。
5. 人工智能引擎。人工智能引擎为游戏提供不同的难度与变化性提供了基本条件，一般由决策推理、动作和导航等系统组成。^[10]
6. 网络引擎。在现在的游戏中，交互性体现的尤为重要，网络的最大特点就是交互性，利用网络引擎可以开发出具有强大交互性的联网游戏，即网络游戏。

本次游戏设计的重点在于模拟机械设计的学习过程以及表现机械物品制造合成过程，而对于非常具体加工过程以及各类复杂的模型情况不做深究，所以选择二维开发软件。而二维开发软件中，RPGmakerXP软件简单易上手，而且其中脚本使用的RUBY语言为面向对象编程的设计语言，与已经学习过的C 语言有相似之处，便于理解，因此选用RPGmaker作为游戏引擎。

1.2.2 RPGmaker基本功能

RPG Maker 是一款由日本公司 Enterbrain 制作的工具软件, 允许使用者创造自己的角色扮演游戏。^[11]

1.2.2.1地图编辑系统

游戏的地图构成了游戏参与者在游戏中进行活动的场所，也是角色扮演类游戏中必不可少的元素，它是游戏中一切元素的背景或载体，游戏角色的所有活动和玩家操作都需要在其背景下完成。^[12]游戏由不同的地图构成，凭借事件系统可以实现游戏参与者在地图间的来回移动与地图场景的切换。RPGmaker中内置了简单的地图编辑系统，利用地图元件和图块将组成地图的各个元素块合成一张完整的地图。绘制地图时，可以直接选择系统自带提供的地图元件和图块，也可以由游戏参与者组合导入。

1.2.2.2事件编辑系统

游戏中发生的一切事情称作事件。游戏中事件的操作以及设计都由事件系统统一管理。游戏事件是一个游戏所必须具有的核心特征。

RPGmaker中将事件分为三类：

1. 地图事件。类似于场所移动、人物对话等在地图上面发生的事件统称为地图事件。
2. 战斗事件。即在战斗中所能触发的事件。这类事件在数据库中设定。
3. 公共事件。公共事件指的是能够处理大量同类特殊情况的事件，如门的打开等等。

在本次游戏设计中，由于不涉及到战斗系统，所以主要应用地图事件与公共事件。

1.2.2.3数据库系统

游戏中管理各类数据的模块称为数据库系统。

Rpgmaker中可以编辑各类数据库的内容，详见下表：

表1-1 数据库可设定的相关数据

1.2.2.4脚本系统

脚本指能够控制游戏运行的简单程序语句。

所有的事件指令并不是程序语句，事件系统所编写的事件必须经过脚本系统解读之后才能正确运行。

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