«Разработка мобильного тренажера по предмету «математика» для учащихся начальных классов» - Дипломная работа

Содержание

ВВЕДЕНИЕ 7

Глава 1. АНАЛИТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ 10

1.1. Описание предметной области 10

1.2. Анализ существующих игровых тренажеров по математике 14

1.3. Требования к игровому тренажеру 18

1.4. Обзор инструментальных средств разработки 19

1.4.1. Игровой движок Unity 19

1.4.2. Графический редактор Figma 22

1.4.3. Графический редактор Adobe Illustrator 22

1.4.4. Редактор трехмерной графики Blender 23

1.4.5. Язык моделирования UML 25

1.5. Технология создания программного тренажера в среде Unity 26

Глава 2. ПРОЕКТИРОВАНИЕ МОБИЛЬНОГО ПРИЛОЖЕНИЯ 27

2.1. Постановка задачи 27

2.2. Варианты использования приложения 27

2.3. Статическая структура приложения 29

2.4. Генерация и движение игрового мира 30

2.5. Генерация математических задач 31

2.6. Состояния игрового персонажа 31

2.7. Проектирование пользовательского интерфейса 32

Глава 3. РЕАЛИЗАЦИЯ МОБИЛЬНОГО ПРИЛОЖЕНИЯ 35

3.1. Анимация игрового персонажа 35

3.2. Реализация пользовательского интерфейса 37

3.3. Реализация игрового мира 42

3.4. Файловая структура приложения 45

3.5. Сборка программы 46

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 49

ЛИТЕРАТУРА 50

ПРИЛОЖЕНИЯ 52

Введение

В современных условиях трудно представить себе человека без мобильного телефона, планшетного компьютера, смартфона или любого другого портативного мультимедийного устройства. Мы привыкли к тому, что оно всегда под рукой, и это не только средство общения, но имеет и много полезных функций, таких как калькулятор, органайзер, конвертер, календарь, часы. Смартфоны с новой мобильной игровой платформой могут конкурировать с классическими портативными игровыми системами, такими как Nintendo DS или Playstation Portable.

Поскольку мобильные продажи во всем мире растут, и также растет спрос на различные приложения для них. Каждая уважающая себя компания стремится иметь, по меньшей мере, одно мобильное приложение, чтобы быть его клиентом и иметь «всегда под рукой». А существование некоторых компаний вообще сложно представить без мобильных и специализированных программ, с помощью которых можно, например, управлять базами данных, или контролировать состояние своего продукта на рынке в любой момент времени.

К сожалению, на сегодняшний день не существует каких-либо конкретных стандартных инструментов разработки мобильных приложений. Каждый производитель пытается сделать операционную систему на устройстве уникальной и запоминающейся пользователю, и как следствие возникают проблемы совместимости между различными приложениями на разных операционных системах.

Компьютеры становятся все более «личными» с возможностью доступа к ним в любое время и из любого места. На переднем крае этого процесса стоят мобильные устройства, которые трансформируются в вычислительные платформы. Мобильные телефоны уже давно используются не только для разговоров - они могут быть использованы в течение определенного периода времени для передачи данных и видео. Мобильные устройства стали выполнять широкий спектр вычислительных общих задач, эти устройства могут стать новым 

поколением персональных компьютеров (ПК). Кроме того, даже ожидалось, что некоторые производители традиционных моделей ПК - в частности, ASUS, HP и Dell - сделают устройства, многие конструктивные параметры которых будут базироваться на операционной системе Android.

В ближайшее будущее, развитие и поддержка приложений для мобильных устройств будет наиболее востребованным на рынке программного обеспечения. Одним из видов таких приложений являются игровые тренажеры. Игровые тренажеры - обучающие и развивающие игры, преследуют конкретную цель - научить играющего чему-либо полезному. Такие игры предполагают вдумчивое и целенаправленное использование их для обучения.

Актуальность темы обусловлена потребностью в повышении эффективности образовательного процесса и качества математического образования за счет внедрения программных тренажеров в учебный процесс. В сфере математического образования существуют проблемы, связанные, например, с низкой мотивацией учащихся к обучению, сложностью составления задач, со сложностью контроля и оценке знаний учащегося и т.д. Тренажеры, в том числе и мобильные, являются одним из наиболее эффективных решений в данном вопросе.

Научная новизна работы заключается в разработке технологии по созданию программных тренажеров по математике для учащихся начальных классов на платформах Android.

Объект исследования - технология создания программных тренажеров по математике для учащихся начальных классов на платформах Android с использованием игрового движка Unity, редактора трехмерной графики Blender и графического редактора Figma.

Предмет исследования - мобильный игровой тренажер устного счета “Абстракцион” по математике для учащихся начальных классов на платформе Android. 

Целью данной работы является разработка технологии по созданию программных тренажеров по математике для учащихся начальных классов на платформах Android с использованием игрового движка Unity, редактора трехмерной графики Blender и графического редактора Figma. Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

1. Изучить актуальную информацию о разработке мобильных игровых приложений и компьютерных тренажеров по математике;

2. Проанализировать существующие мобильные игровые тренажеры по математике и сформировать требования к разрабатываемой системе;

3. Разработать технологию по созданию программных тренажеров в среде игрового движка Unity;

4. Спроектировать и реализовать мобильный игровой тренажер устного счета “Абстракцион” по математике для учащихся начальных классов на платформе Android.

Выдержка из текста работы

Глава 1. АНАЛИТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

1.1. Описание предметной области

Что такое мобильная игра и чем она отличается от других видов игр? А если точнее, как эти различия влияют на решения, которые приходится принимать при разработке и дальнейшей реализации игры?

Пятнадцать лет назад под мобильными играми подразумевалось одно из двух: очень простая игра с минимальным набором действий, простой графикой и элементарным сценарием; нечто более сложное, доступное только на специализированных мобильных игровых устройствах и созданное компаниями, имеющими доступ к дорогим комплектам библиотек для разработки мобильных игр.

Такое деление было обусловлено сложностью аппаратных средств и ограниченной доступностью дистрибутивов. Чтобы написать хоть сколько-нибудь сложную игру (под сложностью подразумевается возможность одновременно выполнять на экране несколько действий), требовалась существенная вычислительная мощность, которой обладали только дорогие портативные игровые консоли. Поскольку производители консолей также владели каналами распространения игр и хотели контролировать все и вся, получение разрешения на создание игр для их мощного оборудования представляло определенную проблему.

Однако с течением времени оборудование стало дешевле и для разработчиков открылись новые возможности. В 2008 году компания Apple открыла свой iPhone для разработчиков, a Google в том же году выпустила свою платформу Android. Спустя годы iOS и Android превратились в очень мощные платформы, а мобильные игры стали безгранично популярными видеоиграми в мире. Аналитическая компания Newzoo утверждает, что рынок игр (компьютерных, мобильных и прочих) по итогам текущего года достигнет отметки в 137,8 млрд, долларов, и самым крупным сегментом являются именно 

мобильные игры. По итогам года ожидается, что этот рынок достигнет отметки в 70,3 млрд, долларов, то есть на мобильные игры будет приходиться более половины всего рынка.

В наши дни под мобильными играми подразумевается одно из трех:

1. Простая игра с тщательно подобранными взаимодействиями, графикой и ограниченной сложностью, потому что эти аспекты лучше всего соответствуют архитектуре игр;

2. Более сложные игры, доступные для широкого круга устройств, от специализированных игровых консолей до смартфонов;

3. Мобильные версии игр, первоначально создававшиеся для консолей или персональных компьютеров.

Для понимания особенностей предметной области следует ввести некоторые, специфичные для области, понятия. Игровой процесс в игре, в том числе и мобильной, называется геймплеем (англ, gameplay). Он определяет, как игроки могут воздействовать на игровой мир, и как игровой мир реагирует на действия, совершённые игроками.

Сейчас практически все игры создаются на основе готовых игровых движков. Игровой движок (англ. Game Engine) - программное ядро комплексной программной системы (игры), содержащее базовую функциональность игры, но, при этом, не включающее код, специфичный для геймплейной функциональности конкретной игры. Иногда игровой движок разделяется на графический движок, физический движок, звуковой движок и т.д. Каждый из таких компонентов, является частью игрового движка. Типично, игровые движки являются более неспециализированными, чем конкретная игра, что позволяет повторно использовать их в разных проектах. Тем не менее, некоторые разработчики игр называют движком весь исходный код игры.

Действия в игровых движках описываются при помощи скриптов. Скрипт (англ. Script) - это программа или программный файл-сценарий, который автоматизирует некоторую задачу, которую пользователь делал бы вручную, используя интерфейс программы.

Заключение

В ходе выполнения данной выпускной квалификационной работы были выполнены следующие задачи:

1. Изучена актуальная информация о разработке мобильных игровых приложений и компьютерных тренажеров по математике;

2. Проанализированы существующие мобильные игровые тренажеры по математике, определены требования к разрабатываемой системе и рассмотрены инструментальные средства для разработки мобильного тренажера;

3. Разработана технология по созданию программных тренажеров в среде игрового движка Unity;

4. Спроектирован и реализован мобильный игровой тренажер по математике для учащихся начальных классов.

Для разработки приложения в качестве игрового движка был выбран Unity, так как он ранее изучался мной в процессе учебной деятельности. Кроме того, полнофункциональная версия движка (для проектов с низким годовым доходом) абсолютно бесплатна. Большое количество документации и уроков, доступных, в том числе, и на русском языке, позволил сократить время освоения среды игрового движка.

Умения работы в Unity будут полезны в будущем, так как он позволяет разрабатывать игры не только под систему Android, но также и под другие мобильные платформы, персональные компьютеры, консоли и прочие устройства. Unity постоянно совершенствуется, а его популярность у разработчиков неуклонно растет.

Результатом разработки стал мобильный тренажер под названием «Абстракцией», который дает возможность потренироваться в решении математических задач в игровой форме. Данное приложение рассчитано на школьников 1-4 классов, владеющих знанием основных арифметических действий. 

В результате работы над проектом были получены навыки поиска и анализа информации, планирования, письменного изложения и структурирования результатов разработки приложения.

Список литературы

1. Белошистая, А.В. Методика обучения математике в начальной школе. Курс лекций. - М.: Владос, 2016. - 455 с.

2. Джозеф Хокинг. Unity в действии / мультиплатформенная разработка на С#. - СПб.: Питер, 2016. - 336 с.

3. Джеф Раскин. Интерфейс: новые направления в проектировании компьютерных систем. - СПб.: Символ-Плюс, 2005. - 272 с.

4. Мартин Фаулер. UML. Основы. Краткое руководство по стандартному языку объектного моделирования. - СПб.: Символ-Плюс, 2018.- 192 с.

5. Джеймс Рамбо. UML. Специальный справочник. - СПб.: Питер, 2002. - 656 с.

6. Алан Торн. Искусство создания сценариев в Unity. - М.: ДМК-Пресс, 2016.-360 с.

7. Рэф Костер. Разработка игр и теория развлечений. - М.: ДМК-Пресс, 2018.-288 с.

8. Джон Меннинг, Пэрис Батфилд-Эддисон. Unity для разработчика. Мобильные мультиплатформенные игры. - СПб.: Питер, 2018. - 304 с.

9. Гультяев, А.К. Проектирование и дизайн пользовательского интерфейса. - СПб.: Корона-принт, 2010 г. - 349 с.

10. Иванов, В.П., Батраков, А.С. Трёхмерная компьютерная графика / Под ред. Г. М. Полищука. - М.: Радио и связь, 1995. - 224 с.

11. Бочков, М. Д. Основы ЗВ-моделирования. - СПб.: Питер, 2003. - 106 с.

12. НОУ Интуит. Виды диаграмм UML [Электронный ресурс]. URL: https://www.intuit.ru/studies/courses/1007/229/lecture/5954. 

13. Проектирование программного обеспечения / Хабр [Электронный ресурс]. URL: https://h**r.com/ru/post/74330.

14. Отношения классов - от UML к коду / Хабр [Электронный ресурс]. URL: https://h**r.сom/ru/post/l 50041.

15. Создание персонажей в Blender и Unity / Хабр [Электронный ресурс]. URL: https://h**r.com/ru/post/422255.

16. Руководство Unity [Электронный ресурс]. URL: https://docs.un**y3d.com/ru.

Примечания

Оригинал в pdf