SCI论文（www.lunwensci.com）
摘 要 ：智能手机的普及与增强现实、语音交互技术的发展使新技术在手机游戏中的应用成为一种趋势。在此背景下,本 项目采用 Unity3D 引擎和 C# 语言,通过敏捷开发方法设计了一款以 AR 和语音交互功能为核心的单机手机游戏。本文采用 定性研究和定量研究相结合的方法,探讨这两种技术将如何以及在多大程度上影响用户游戏体验,得出新技术的应用程度与用 户的游戏交互体验具有相关性的结论。从理论和技术层面丰富了现有的相关研究内容,并给出了此类游戏的未来创新和发展策 略,具有理论和实践意义。
Design and User Experience Research ofthe Mobile Game withARand VoiceInteraction Based on Unity 3D
SUN Aoyi
(Bank of China Software Centre, Beijing 100080)
【Abstract】：The popularization of smart phones and the development of augmented reality and voice interaction technologies make the application of new technologies in mobile games become a trend. In this context, this project uses Unity3D engine and C# language to design a single mobile phone game with AR and voice interaction as core functions through agile development methods. This essay uses a combination of qualitative research and quantitative research to discuss how and to what extent these two new technologies will affect the user's game experience, and draws a conclusion that the extent of the two new technologies applied in the game is related to the user's game interactive experience. Not only enriching the existing relevant research contents from theoretical and technical perspective, but also proposing the future innovation and development strategy of this game genre, which has theoretical and practical significance.
【Key words】：augmented reality;voice interaction;Unity3D engine;game user experience
0 引言
从 3G 到 5G,智能手机的普及推动了手机游戏的发 展,移动设备已经成为越来越重要的游戏娱乐平台 [1]。 同时, AR、语音交互等新技术在手机游戏中的应用,也 给游戏的玩法带来了巨大的创新。这种变化可以从近年 来流行的 AR 手游《口袋妖怪 GO》和《我的世界》中 体现出来。根据 Deloitte Digital 和 Snap 发布的《2021 年消费 AR 报告》中显示, 玩游戏占据了在家中使用 AR 的消费者群体中 55% 的比例。而随着智能手机的功能愈发完善,移动平台上以语音交互为特色的游戏也越来越 受欢迎,并开辟了使游戏更具沉浸式体验的新方式 [2]。
通过对相关资料的调研和分析,当下的中国手机游戏 市场同时具备 AR 和语音交互功能的游戏并不多。学术界 的研究更多偏向于单独研究 AR 或语音交互技术其中的一 种,对这两种技术在游戏中应用的研究文献也相对较少。 而目前中国的手机游戏市场中,角色扮演类游戏仍呈现明 显的用户增长空间。为此, 本项目基于 Unity3D 引擎 开发了一款具备 AR 和语音交互功能的 RPG 手机游戏《侠客行》,以探索游戏用户体验与新技术的关系,并丰 富对相关话题的研究。
1 游戏背景概述与设计框架
《侠客行》是一个手机单机 RPG 游戏,游戏故事背 景是一个剑客的冒险旅程。其中以 AR 和语音交互功能 为特点, AR 功能的主要应用场景是让玩家使用设备的 摄像头扫描现实生活中的物品以获取相似的游戏道具 ; 语音交互功能允许玩家通过语音与游戏 NPC 互动以及 控制玩家角色的移动,主要游戏架构设计如图 1 所示。
1.1 游戏研究框架设计
与传统的 RPG 游戏不同, 《侠客行》引入了 AR 和 语音交互技术并以故事性丰富的游戏剧情为特点,旨在 探究这些新技术的使用是否能让游戏更具可玩性、互动 性和沉浸感,同时分析消费者对于这种类型游戏的态度 和认知,并分析这类游戏的用户游戏体验。
本文基于上述研究目的提出两个假设 :
H0: H1 中的变量与游戏用户体验不相关 ;
H1: AR 和语音交互技术的使用程度对玩家的互动 和沉浸体验会产生正向影响。
1.2 敏捷开发框架
《侠客行》的开发采用了 Scrum 敏捷开发框架,敏 捷方法是以用户需求为核心,通过增量迭代、循序渐 进的方式进行软件开发的方法 [3]。每次迭代后交付最小 可行性产品用于验证功能可用性,并及时获得用户的反 馈。《侠客行》的游戏用户界面制作、编码以及 AR 和 语音交互功能的实现分别在 4 个迭代内先后完成。比 起传统的瀑布开发模式到最终才交付产品,敏捷开发为 游戏的设计、实施和测试过程提供了灵活高效的反馈机制,也让开发者能够根据每次迭代后所获得用户反馈进 行功能优先级调整和体验优化。
2 游戏功能实现与开发过程
《侠客行》的开发基于 Unity3D 引擎,它是由 Unity Technologies 公司研发的专业游戏开发引擎 [4]。Unity3D 功能强大,支持调用和安装许多 API 和第三方插件,以 便设计者可以简单方便地完成功能的设计,解决众多有 关开发的技术问题 [5]。
本游戏主要使用 C# 语言进行开发,项目管理主要 使用敏捷和瀑布相结合的混合开发方法。游戏最终使 用 Xcode 运行并打包成 iOS 系统可以运行的文件格式, AR 和语音交互功能需要用户开放摄像机权限和麦克风 获取权限。
2.1 游戏基础功能
(1)人物和 NPC 移动。
玩家通过虚拟操纵摇杆来操控游戏角色在地图中上 下左右移动,首先需要给角色添加 Rigidbody 组件来 模拟物理行为和运动,使其具备真实的物理效果,如重 力、摩擦力等。其次将 Unity 插件库中的操纵杆插件 挂载到人物角色的移动控制上,再通过设定人物移动速 度,初始位置等属性,实现控制角色的水平和垂直移动 功能。为了使游戏画面一直跟随玩家角色的移动而变 化,同时还要给 Unity 中的相机设置跟随人物移动。
(2)对话系统。
《侠客行》旨在以沉浸式的剧情来吸引玩家,因此 游戏通过丰富的对话系统使用户了解剧情。当玩家点击 右下角的虚拟交互主按钮时, 能够与游戏中的 NPC 和 物体进行剧情和对话互动,此功能的设计难点在于需要将对话触发器挂载到右键交互主按钮上。首先需要创建 Dialogmanager 脚本并设置角色姓名、对话内容和动 效等属性,然后将其挂载到每一个可交互的对象上,主 要代码如下所示 ：
public void StartDialogue(Dialogue dialogue) {animatorBox.SetBool("IsOpen", true); nameText.text = dialogue.name;sentences.Clear();foreach (string sentence in dialogue.sentences) {sentences.Enqueue(sentence);}DisplayNextSentence();}public void DisplayNextSentence(){// 如果对话数量到达最后一句则结束对话 if (sentences.Count == 0){EndDialogue();return;}string sentence = sentences.Dequeue(); StopAllCoroutines();StartCoroutine(TypeSentence(sentence)); }
(3)时间轴动画。
时间轴动画旨在为了制作游戏动效,比如玩家在 经过一段过场动画后,才能开始操控人物角色。实现 这个功能需要用到 Unity 中的 Timeline Cutscene 工 具,并创建播放控制器和时间线控制器两个脚本,将 Timeline 素材挂载到播放控制器上,可以调整人物的 位置、方向并在 Timeline 工具中形成动效。
2.2 AR 游戏道具识别功能
AR 游戏道具识别功能是通过在 Unity 中装载Vuforia AR SDK,再利用 Model Target AR 技术使用户从手机 相机识别周围的相似物品,以获得游戏中的任务道具。
不同于传统的 Marker-Based AR 要先确定一个预 制的固定标记或图片并将其放入现实场景中才能识别出 3D 对象, Model Target AR 预先将游戏所需的 3D 或 CAD 模型道具置入 Model Target Generator 中, 再 通过深度学习来训练模型获得数据库文件和三维图像跟 踪器。将生成的数据库文件和 .obj 等格式的 3D 模型导 入 Unity 后,调用手机的摄像头权限,扫描现实环境中 与游戏道具模型相似的物品,从而获得所需要的游戏道 具。具体实现和操作流程如图 2 所示。
2.3 语音交互控制功能
语音交互控制功能在游戏中的设计理念是让玩家能 够通过语音控制游戏角色的移动,增加游戏的交互性和 趣味性。开发此功能使用了两个语音交互插件,第一个 是 PingAK9 的 Speech-And-Text-Unity-iOS-Android ; 另一个是 Frostweep Games 的 Google Cloud Speech Recognition 插件。PingAK9 的文本转语音功能可以使 游戏 NPC 在被触发后,通过预先在编程脚本中设定好 的文本与玩家展开语音对话 ;而 Google Cloud Speech Recognition 除了常用的语音识别功能以外,还包括语 音控制器功能。将代码脚本和控制器拖动到指定的游戏 角色上,游戏玩家就可以用自己的声音来控制游戏角色 的上下左右移动。语音到文本和文本到语音功能的基本 原理是声学模型和深度学习数据模型,并在脚本中输入 控制顺序。通过在后端将输入的文本转换为语音,让玩 家做出回应,实现了机器对人、人对机器两种方式的语 音交互功能。
2.4 游戏 UI 界面设计
(1)Unity Tilemap 编辑器和 2D 精灵。
游戏的 UI 界面使用的是 Opengameart 网站上名为 Zelda-like Tilesets 的可商用开放 2D 游戏美术资源, 包括游戏地图资产中的贴图和 2D 像素精灵(Sprites)。 这些角色、道具、背景等小图像以 16×16 块的形式切割, 能够直接在 Unity 引擎中成为组成游戏界面的元素。
Unity 中的 Tilemap Editor 工具将分散的像素精 灵进行组合,构建出完整游戏 UI 界面。该工具最初在 Unity 2017.2 版本中发布,不仅能让用户更高效地创建 庞大而复杂的基于网格的布局,也减少了开发人员对第 三方插件的需求。
(2)游戏 GUI 绘制。
除去游戏地图界面,《侠客行》的其他 GUI 设计模 块还包含登录界面、人物立绘、职业选择界面、角色头 像和属性信息、小地图等模块。这些 UI 元素的绘制主 要使用 Sketch、Photoshop、SAI 等平面设计工具制作。
2.5 游戏功能测试
游戏功能测试包括两个方面 ：一方面是对游戏用户界 面的还原性测试 ;另一方面是游戏功能可用性测试。需要 将 Unity 的工程文件打包至 Xcode 中运行,安装到移 动设备上进行测试,测试设备选择苹果 iPhone 8.主 要参数如下 :
屏幕尺寸 :4.7 英寸 ;
屏幕分辨率 :1334 x 750 像素 ;
系统平台 :13.5.1.可升级至 iOS 13.6;
随机存取内存 :2GB;
只读内存 :64GB。
游戏用户界面的测试旨在走查游戏实际开发中,界 面设计和交互流程对 UI 稿件的还原度。还原度越高则 能够越大程度提高用户的游戏体验。
根据编写好的可用性测试用例,开发者在游戏的操 作过程中对照检查每个功能的实现情况,如果发现 BUG 或者功能实现不完整,则需要对问题进行记录,重新在 Unity 中进行排查,建立一套完整的循环体系,直至问 题得到解决。
经过测试, 这款游戏在系统为 iOS 13.5.1 的 iPhone 8 上运行顺畅。游戏的 UI 元素和布局准确,图像信息和 字体的清晰度高,基本游戏功能,如玩家移动、场景转 换、动画等都运行良好。AR 功能和语音交互功能运行 相对稳定,只是反应时间略有延迟。
3 游戏用户体验分析
如上文所述,为了探究 AR 和语音交互技术与游戏 和用户体验之间的关系,本文发布调查问卷,并采用定 量研究方法对问卷结果数据进行卡方分析,来验证本文 的研究目的和假设 ：
H0: H1 中的变量与游戏用户体验不相关 ;
H1: AR 和语音交互技术的使用程度对玩家的互动 和沉浸体验会产生正向影响。
H1 中的自变量是两种新技术在游戏中的应用程度, 因变量是玩家在游戏时所感受到的交互和沉浸体验。在 弄清楚变量之间的关系后,本文通过交叉表对问卷中与 这两个变量相关的人数进行总结和汇总,如图 1 所示。
量表的问题前置背景是当 AR 和语音交互技术被合 理应用于游戏中时会如何影响用户对游戏的态度。
从图 1 中可以看出,有 50 名受访者认为如果在游 戏中合理地应用 AR 和语音交互技术,他们会选择玩 《侠客行》这类游戏,同时,他们对这类游戏在未来发 展的可能性持乐观态度。为了检验 AR 和语音交互技术 的合理使用是否会影响用户对这类游戏态度的相关性, 卡方检验结果如图 2 所示。
从图 2 中可以看出卡方值是 16.565a,同时其显著 性为 0.0047%。对照卡方分布百分比参考表中自由度为 1 的情况下,显著性明显低于 0.01.这证明在 0.0047% 显著水平下,假设 0 可以被反驳。通过推翻 H0.可以 推断出 H1 假设是正确的。
综上所述, AR 和语音交互技术的合理使用能够让 游戏更具可玩性、互动性和沉浸感,同时对用户的游戏 体验产生正向影响。
4 游戏发展前景和创新策略
通过对受访者进行的深度访谈,本章节将从两个方 面就受访者对《侠客行》及此类游戏的态度和建议进行 分析和总结,旨在对本文的研究问题和手机单机游戏的 发展前景及创新策略提供解决方案。
4.1 AR 技术对《侠客行》的用户游戏体验影响
根据深度访谈的调研结果,受访者客观地指出了 AR 技术在游戏中应用的优点和缺点。AR 功能可以调 动玩家的触感和行动,因为玩家需要在现实世界中走来 走去寻找游戏道具,这使得玩家在无形中可以进行锻炼 和运动。但如果 AR 识别功能不够精准,导致玩家需要 反复尝试才能捕捉和获得游戏道具时,此功能的应用反 而会对游戏用户体验产生消极影响。
对于游戏中 AR 功能的可扩展性,受访者认为游戏 可以增加一些可下载内容 (Downloadable Content), 用户可以通过付费购买获得更多高级游戏道具, 一方面 增强了游戏的可玩性和参与性,另一方面也是游戏获得 盈利的方式之一。
4.2 语音交互技术对《侠客行》的用户游戏体验影响
从语音交互技术对《侠客行》游戏体验方面的影响 来看, 受访者认为点击 NPC 角色时可以与其语音对话 的功能使游戏更具沉浸感,但如果这个功能能以更加自 然的方式嵌入进游戏功能中,比如,作为常规对话形式 的一种备选方式, 或应用于 3D 游戏中,它会使游戏更 具有沉浸感。此外,受访者认为语音交互功能可以帮助 用户解放双手。智能手机因为屏幕大小问题,使用双手 操控可能会无意中触碰到其他按钮,而通过语音操控能 够减少用户误触,带来更好的游戏体验。
通过分析受访者对 AR 和语音交互技术未来发展的 建议,本文归纳并总结了这两种新技术的创新策略方 向。从两种新技术在游戏角度的可扩展性来分析,语音 交互和 AR 功能如果能够应用在手机恐怖游戏或冒险解 谜游戏中,会带给游戏更强的沉浸感并存在更大的发展 潜力 ;而从其他领域的应用方面来看,新技术在教育和 适老化实践中也有较大的发展潜力, AR 和语音交互逐 渐应用于教育游戏和软件中,比如,通过寓教于乐的方 式让用户通过语音文字转换来学习某种语言,或是通过 设计开发 AR 严肃游戏,帮助缓解人口老龄化背景下老 年人正在面临的认知衰退问题 [6]。
5 结语
本文系统性地介绍了一款基于 AR 和语音交互技术的 手机游戏地设计和开发过程,并分析了这类新技术对用户 游戏体验的影响。在项目开发上,该游戏基于 Unity3D 开发引擎,使用敏捷开发框架进行开发、测试 ;在研究 方法上,本文采用了定量和定性研究相结合的方式来验 证本文的研究目的,得出新技术的合理使用能够让游戏 更具可玩性、互动性和沉浸感且对用户的游戏体验有积 极影响的结论。目前, AR 和语音交互技术的应用领域 不限于剧情类的 RPG 游戏, 还在教育游戏等领域有着 广阔的前景。而对游戏用户体验的优化,除了积极应用 新技术以外,还需要增强游戏内容的吸引力,使其与玩 家产生积极的互动 [7],通过提高游戏的可玩性来改善游 戏用户体验,增强用户的满意度和粘性。
参考文献
[1] Data.ai&IDC.2023年聚焦游戏领域报告[OL].(2023-09- 18)[2023-12-01].http://www.199it.com/archives/1648517. html.
[2] Teemu Kiiski.Voice Games:The History of Voice Interaction in Digital Games[D].Finland:Kajaani University, 2020.
[3] 王晓龙.基于敏捷开发的持续交付系统的研究[J].信息技术, 2023(5):131-136.
[4] 王晓芳,孟凯波,张腾飞.基于Unity3D的“神勇归来”RPG 类游戏设计与实现[J].现代信息科技,2023.7(15):16-17.
[5] 钱宝健,朱世奕,汪鹏.基于Unity3D的AR捕捉对战游戏设计 与实现[J].电脑知识与技术,2023.19(20):146-149.
[6] 刘悦婉.基于VR/AR技术缓解老年人认知衰退的严肃游戏设 计策略研究[J].设计,2023.36(13):66-69.
[7] JANG S,LIU Y.Continuance Use Intention with Mobile Augmented Reality Games:Overall and Multigroup Analyses on Pokémon Go[J].Information Technology and People,2020.33(1):37-45.
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