大学生职业行为训练仿真系统设计

陈乐

(扬州职业大学，江苏扬州225009)

教育游戏是指能够培养游戏使用者(简称游戏者)知识、技能、智力、情感、态度、价值观，并具有一定教育意义的计算机游戏类软件[1]。目前，教育游戏在国外得到广泛认可，已经渗透到日常教学活动中，但在国内游戏产品奇缺，不为人所知。

职业行为训练仿真系统是基于角色扮演游戏(RPG)设计的教育游戏系统，系统从基本职业规范的要求出发，实现在虚拟现实环境中针对学生的职业道德、职业态度和职业形象，进行包括心理、肢体和语言在内的行为优化训练，从而提高学生职业化意识，规范职业化行为，提升职业素质。同时解决了课程实验教学问题，也为其他课程的仿真实验提供可用的技术[2]。

1 系统总体设计

1.1 系统目标设计

基于RPG的职业行为训练仿真系统目标设计分为个体模式和群体模式两大类型。其中，个体模式针对单个学生，实现包括心理行为、肢体行为和语言行为等优化训练;群体模式针对小组或团体学生，实现团队协作训练。职业行为训练仿真系统目标设计框架见图1。

图1 训练仿真系统目标设计框架

1.2 系统游戏设计

RPG即角色扮演游戏，是由玩家扮演游戏中的一个或数个角色，有完整的故事情节，显现知识、引领学习，具有一定教育教学功能。在RPG游戏中，玩家选定某一角色，将自己置于角色的位置，根据游戏所赋予角色的特性和自我认知水平来构建自己对角色的理解。促进玩家的角色和故事情境体验是RPG型电子教育游戏设计的关键所在[3]。由于该类游戏更强调文字的表现，使角色扮演游戏能够更为贴切地表达人类的情感，因此，RPG游戏一般应具备下列属性:

训练仿真系统游戏就是在RPG游戏中，加入高职院校职业行为优化的教学内容和实验要求，而形成的教育游戏(ERPG)。与其他游戏相比，最大区别在于其有明确的目标，游戏过程围绕教学内容和实验要求展开，学生通过完成游戏过程中的各项任务来达到这一教学目标。因此，训练仿真系统游戏既体现了教育的理性和客观性，又不失游戏的快乐性、刺激性、交互性、冒险性、竞争性和自我体现，训练仿真系统游戏属性为:

其中:T是Teaching Objectives，即教学目标，这是教育游戏中不可缺少的，也是与其他游戏的根本区别所在。其中包含教学内容、实验要求和职业规范等[4]。

在系统设计方案的选取上，职业行为训练仿真系统采用任务驱动策略，将课程中需要完成的实验教学内容划分成若干个单元，一个单元为一个任务，所有任务串联在一起构成游戏全过程，再将这一过程溶入游戏故事的情景当中，从而构建出一个能够实现教学目的的游戏。在游戏中，一个任务为一个关卡，其中包含若干行为事件。游戏角色扮演者以一定的行为方式闯关，行为表现正确则顺利过关，行为表现不正确则掉入“陷阱”，此时，游戏角色扮演者必须设法脱离“陷阱”才能回到游戏的主线上来，去进行下一个任务。若不能摆脱“陷阱”，可以请求专家系统提供帮助。在进行团队协作训练时，小组成员必须齐心协力共同完成每一个任务，当有人掉进“陷阱”时，小组其他成员可以帮助其摆脱。系统将记录每一次行为发生时的相关信息，在游戏结束或退出时，给出任务完成情况评价报告，为教师检查教学效果和学生调整自身行为提供依据。

1.3 系统开发技术设计

训练仿真系统开发技术设计主要包括建模、三维场景、3D游戏引擎、开发语言和数据库等方面。建模采用教育建模语言EML(Educational Modeling Language)进行可表达性教学设计[5，6]。三维场景采用能满足专业需求的3DMAX构建三维场景。3D游戏引擎采用3D GameStudio/A6开发工具。开发语言使用C++语言，以求达到更细微的专业开发。数据库的存取采用标准的SQL语言开发。

2 系统结构设计

由于所学专业不同，其职业标准也不同。在职业行为优化的内容上存在着共性和非共性二类，其中共性的是职业观，非共性的是职业规范。系统设计以共性内容为基础，非共性内容为包装，以搭积木的方式将共性内容和相关专业非共性内容组合，构建针对具体专业需求的职业行为训练仿真系统。职业行为仿真系统主要包括以下模块。

2.1 初始配置系统

初始配置系统是职业行为仿真系统初始数据的验证系统，为仿真系统生成提供优选后的初始系统配置，它包括角色信息文件和游戏环境配置文件。其中，角色信息文件记录扮演角色的需求信息;游戏环境配置文件根据角色需求信息选择生成游戏所需的环境信息，为职业行为仿真系统的生成和运行提供基本依据和数据来源。

2.2 仿真训练构建系统

仿真训练构建系统是职业行为仿真系统生成和运行的核心部分。在C/S模式下，客户端和服务器端程序通过角色配置文件和游戏环境配置文件，实现职业行为仿真系统的构建。

训练仿真系统采用三层式C/S体系结构，这是一种目前被广泛研究和使用的仿真系统模型。三层式C/S体系结构建立在分布式技术基础之上，将业务逻辑处理从二层式C/S结构的客户端程序中分离出来，从而使应用体系结构划分为表示、业务逻辑和数据访问三个功能层次。这种结构的最大优点是实现分布式数据处理。同时，使各层功能在逻辑上保持相对独立，允许各层有效地选用相应的平台和硬件系统，且允许各层选择其合适的开发语言。C/S三层体系结构优化弥补了两层式结构的系统功能固化、重用性差、系统维护开销大等不足，增强系统的灵活性，有利于系统的维护和功能的扩充，使整个系统的逻辑结构更为清晰，管理层次更加合理，同时提高了系统的可控性。

图2 训练仿真系统结构

根据三层式C/S体系结构特点，我们所设计的训练仿真系统的结构由仿真支持层、仿真构建层和仿真应用层构成[7]，如图2所示。其功能分配及技术特征分别阐述如下。

2.2.1 仿真支持层

仿真支持层的主要功能是为训练仿真系统的实现提供运行支持服务和数据支持服务，即提供实现训练的仿真环境。仿真支持层由底层(功能)游戏引擎和数据库管理系统构成。

由于采用3D引擎技术构建训练仿真系统，因而游戏引擎是系统的核心。为了清晰训练仿真系统的功能，增强系统的灵活性、可维护性和可重用性，在设计中将游戏引擎分解为两个部分，即底层游戏引擎和高层(逻辑)游戏引擎。底层游戏引擎是高层游戏引擎的基础，为高层游戏引擎提供功能支持;而高层游戏引擎则为底层游戏引擎提供功能实现的逻辑需求。

底层游戏引擎为训练仿真系统提供运行支持服务，其中包含系统支持模块、3D渲染模块、音效处理模块、人工智能模块、外部工具及构成仿真环境的其他组件，这些模块可以实现游戏引擎的基本功能。其中，系统支持模块的主要功能为游戏初始化、关闭其他子系统、内存管理、输入处理和实现与OS通信交互等。3D渲染模块是游戏引擎的内核，其主要功能为3D图形渲染、摄像、碰撞检测等，每个部分都有自己的API，用于实现与系统相应属性的配置。音效处理模块用于在三维仿真环境中产生3D音效。人工智能模块用于开发NPC(精灵、怪物之类)的智慧。外部工具包括3D模型编辑器、关卡编辑器、转换器、数据加工工具和图形程序等。

数据库管理系统(DBMS)为训练仿真系统提供数据资源支持服务。系统数据库主要有游戏环境库、角色资源库和文件管理库等。其中，游戏环境库为游戏世界的构成提供环境资源支持，它包括模型库、地图库、装备库、道具库、任务库、技能库等。角色资源库包含职业训练需求的各种角色属性，为游戏角色生成提供数据支持。文件管理库用于对游戏方案、游戏规则和角色配置等文件进行管理。

2.2.2 仿真构建层

仿真构建层是训练仿真系统实现的核心，是3D高层游戏引擎部分，其主要功能是对游戏事务的逻辑处理，实现训练仿真系统的生成。仿真构建层处理所需的数据来源于仿真应用层和仿真支持层。

仿真构建层主要由场景管理系统、角色配置文件、游戏方案、规则系统和通信系统等构成。场景管理系统的功能是以最快的方式选择地形与物件的最佳搭配并将其置于场景中，以实现训练仿真系统环境的快速生成。角色配置文件记录着游戏角色设计的有关信息，不同的职业角色配置文件不同。在仿真网络中，配置文件还记录着各个计算机的主机名和IP地址以及在客户机上运行的游戏角色的信息。游戏方案类似于电影脚本，不同的职业需求选择不同的游戏方案。规则系统用于游戏逻辑事务处理，它分流程逻辑处理和控制逻辑处理，其中，流程逻辑产生一系列事务行为，而控制逻辑或产生控制信息限制，或触发某行为发生，或产生状态信息提供操作参考。通信系统主要负责客户端与服务器之间的连接和数据交换，同时管理客户端的登陆与退出、计时与校验等。通信管理系统位于仿真构建层的顶端[8]。

2.2.3 仿真应用层设计

仿真应用层是训练仿真系统与用户行为交互的平台，是使用者具体可见的训练仿真系统，用于游戏中训练项目的推演。主要功能为接受并检查用户的输入和向用户呈现信息(系统输出)。仿真应用层由图形用户界面(GUI)和多线程I/O系统构成。

2.3 教学助评系统

教学助评系统由实时专家系统和游戏结果评价系统组成。实时专家系统为教师和学生提供了互动平台，教师可以通过实时专家系统跟踪学生的游戏过程，并对遇到困难的学生提供指导和帮助。游戏结果评价系统对学生完成游戏的情况做出评价，系统将记录学生玩游戏过程的相关信息，并在游戏结束时给出任务完成情况评价报告，为教师检查教学效果和学生调整自身行为提供依据。

3 结语

职业行为训练仿真系统是以课程为基础，教育为目的，游戏为手段，实现对高职院校学生的职业行为优化。即将职业行为规范溶入游戏的规则当中，在游戏剧情牵引下，学生可通过思考、应答、打斗甚至冒险来一步一步完成游戏任务，游戏结束(或退出)时，由系统给出评价报告，以使学生了解自己的职业化行为程度。职业行为训练仿真系统设计特点为:(1)训练形式多样化。训练系统可以针对个人或小组成员实施训练;(2)满足不同专业需求。游戏场景和角色是根据学生的登录信息生成，不同专业生成不同的场景和角色，适合不同专业学生进行职业行为优化训练;(3)提供实时专家系统。在游戏进行中，教师可以通过实时专家系统跟踪学生的游戏过程，并对遇到困难的学生提供指导帮助。

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[4]贺宝勋.教育游戏设计的基础——游戏系统结构分析[J].教育信息化，2006(5):57－59.

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[6]张豫，郑晓齐.教育建模语言的设计与实现的分析[J].计算机应用研究，2005(3):110－112.

[7]李小将，王浩.基于C/S模式的作战仿真系统构建[J].计算机工程，2009，35(14):261－263.

[8]芬尼·齐兰博.3D游戏开发大全[M].肖奕，译.北京:清华大学出版社，2005.