Processing语言开发的医学知识科普游戏设计

Processing语言开发的医学知识科普游戏
设计
面向孩童的教育应是有趣的，生动的，形象的。

受限于传统教育模式，知识的传授是枯燥的。

而在互联网时代的到来，教育的形式变得多种多种，其中游戏这一形式更能为孩童所接受。

本作品以游戏为载体，结合软件编程开发医学知识科普游戏，在游戏中传递有关人体免疫的知识，充分做到寓教于乐。

该游戏使用processing语言开发，通过图形和文字处理实现游戏效果。

在人类社会的发展中，医学知识的普及可以提高人民健康水平也可以在一定程度上缓解大众对于某些疾病的恐慌感，对未知的深入理解是人类战胜恐惧并迈向胜利的重要手段。

而孩子作为国家的未来，对他们进行医学知识教育是尤为重要的，结合当下的环境和形势，我们团队调查发现大众对免疫学的知识知之甚少，免疫学揭示了人体是如果消灭并战胜病毒的全过程，因此我们以免疫学中的细胞免疫为切入点结合游戏深入浅出的科普医学知识。

孩童天性好玩，游戏是吸引孩子学习知识最有效的途径之一，游戏可以激发孩子探索的天性，而且孩子可以在实践的操作中加深对知识的理解。

通过我们团队的调查发现市面上的医学科普类游戏较为少见，所以本游戏将以孩童为主要受众进行医学知识普及开发。

本游戏所采用的开发工具为PDE，以processing语言为主要编程语言，该语言由美国麻省理工学院媒体实验室的成员Casey Reas与Ben Fry开发。

Processing语言是Java语言的简化，在图形处理方面有着显著的优势，开发者可以利用该语言便捷的生成文本和修改图像。

1 游戏设计理念
本游戏旨在科普人体免疫医学知识，考虑到受众为孩童以及游戏可行性，因此以细胞免疫的过程，为游戏设计开发目标。

细胞免疫的工作原理为：抗原呈递细胞捕捉病毒后，T细胞受到抗原刺激后，增殖，分化、转换为效应T细胞。

效应T细胞与靶细胞接触进而激发颗粒胞吐，效应T细胞所释放的穿孔素，在靶细胞表面形成小孔并杀死靶细胞。

游戏则在此原理基础之上进行模拟：玩家操作T细胞，T细胞不断生成效应T细胞，效应T细胞与抗原接触，靶细胞死亡，当消灭一定数量的抗原后，玩家取得胜利。

2 游戏功能流程设计
游戏受众为孩童，因此将科普知识拟人化。

将科普与游戏进行穿插，游戏剧情为：一天一种强大的病毒突破了人体的免疫两道防线：皮肤和体液免疫。

人体生命特征危在旦夕，在人体免疫系统最高指挥官的领导下，最后一支防线进行部署。

细胞免疫部队。

他们将与病毒进行最后的战役。

此时进入游戏界面由玩家完成对病毒的消灭。

游戏分为四个界面：游戏背景介绍画面，游戏界面，游戏失败界面，游戏胜利界面。

当玩家游戏失败时，可选择重新进入游戏界面或返回游戏背景介绍画面。

游戏流程图如图1所示。

图1 游戏流程图
3 游戏算法实现设计
3.1 游戏主要算法设计
游戏为玩家扮演T细胞，不断生成效应T细胞，消灭病毒。

在人体内随机生成病毒体，玩家操作T细胞发射效应T细胞，效应T细胞与病毒结合则消病毒。

若T细胞碰撞到病毒则游戏失败，进入游戏失败界面，重新开始游戏或返回开始界面。

玩家通过键盘操纵T细胞移动，效应T细胞以一定频率产生。

3.1.1 T细胞移动算法设计
（1）当玩家进行键盘操作时，对键盘按键进行监听；（2）当检测到“上”、“下”、“左”、“右”四个键位时对目标进行相应的移动；（3）边缘检测，当玩家移动目标超出游戏画面时，对目标坐标进行检测，若超出画面则改变坐标值，使得目标画面处在游戏画面边缘。

算法实现：通过Processing内部封装的键盘函数，载入键盘上下左右键的ASCILL码进行监听。

当按下某一方向键则在目标相应坐标方向上移动一定像素，实现目标移动的效果。

3.1.2 效应T细胞生成及移动算法设计
（1）当T细胞存在时，则以一定速度产生效应T细胞；（2）效应T细胞的移动方向在X轴上保持不变，在Y轴上变化；（3）当效应T细胞超出游戏画面时则停止显示。

算法实现：创建效应T细胞类并通过动态数组不断生成效应T细胞。

根据T 细胞的位置生成效应T细胞。

效应T细胞读取T细胞的坐标值在X轴上保持不变，在Y轴上以一定像素逐步减少，并逐帧渲染效应T细胞图片，产生移动效果。

当效应T细胞的Y轴值小于0即超出游戏画面时，则删除目标图片。

3.1.3 病毒生成移动算法设计
（1）在游戏画面的X轴上随机生成病毒；（2）病毒的移动速度不固定；（3）病毒的移动方向通过矢量来实现；（4）病毒越界重新创建；（5）病毒碰撞边缘的弹性效果。

算法实现：利用伪随机函数生成病毒的X轴坐标，设置病毒位置的矢量值，病毒的速度矢量值。

速度变化由随机函数确定，移动方向则通过位置矢量分解成X轴和Y轴坐标，在Y轴上增加像素，实现移动效果。

当检测到病毒超出游戏画面则重新创建病毒。

当检测到病毒碰撞游戏画面的两边时，则在病毒的位置矢量上减小病毒的移动速度。

3.1.4 病毒与效应T细胞碰撞检测及效果显示算法设计
（1）创建病毒的矩形范围；（2）返回效应T细胞的中心坐标；（3）检测中心坐标是否在矩形区域内；（4）根据已碰撞病毒的位置显示碰撞效果。

算法实现：重写Java的矩形方法，将病毒位置的横纵坐标及病毒图片的长宽传入矩形中，重写Point类，将计算过后的效应T细胞的中心坐标传入Point 方法中，调用矩形类中的contains方法若返回值为真则说明效应T细胞击中病毒。

同时将已碰撞病毒的坐标传入碰撞效果类中在删除病毒及效应T细胞后显示碰撞图片，显示一段时间后删除碰撞图片。

3.1.5 病毒与T细胞碰撞检测及页面跳转算法设计
（1）读取病毒的坐标及T细胞的坐标；（2）计算病毒与T细胞的距离；（3）若小于两者图片的斜边之和则视为游戏失败，反之游戏继续。

算法实现：当效应T细胞击中病毒时增加分数，游戏界面显示的得分，当得分满足目标分数时进入胜利界面，若T细胞被病毒碰撞则进入游戏失败界面。

该算法由Switch选择结构实现。

3.2 游戏主要界面及代码展示
游戏界面及代码如图2～图5所示：
图2 游戏背景介绍界面
图3 游戏界面
图4 免疫细胞类代码
图5 碰撞检测代码
结束语：时代在不断的进步，教育的方式也应当随着时代不断的推成出新。

计算机学科无疑是这个时代最闪亮的那颗星，我们一直在探索如何将教育与计算
机学科想结合，让知识的传播变得更加有趣，新颖，引人入胜并且通俗易懂。

通过研究发现游戏这一视觉、听觉和触觉糅合在一起的方式是人们学习认真新东西的最好方式之一。

我们以游戏为载体传播知识，让孩童在游戏中认识和理解知识，这样新颖的体验我相信一定会让孩童对知识产生渴望，让教育更加进步。

在游戏的开发过程中，我们通过所学知识实现游戏同时也在吸收着新的技术，每日保持学习，不断改进游戏体验，对编程软件的使用也愈发熟练。

希望通过我们的努力可以让这款科普类游戏更加的完善，能做到传播医学知识的任务。