增强物理学——利用AI技术把教材中的静止图像转化为互动式的物理仿真

增强物理是指什么

Augmented Physics是一款创新的教学工具，运用了融合机器学习的技术手段，能够把物理学教材中的静态图像转化为交互式且嵌入式的动态模型演示。该系统借助于先进的计算机视觉技术及Segment Anything和多模态大语言模型（LLM）等方法，使用户可以半自动化地从教科书中抽取图形，并创建可互动的模拟场景。通过实际操作，学生能够深入探究并掌握光学、动力学以及电路等方面的物理概念。Augmented Physics支持多种形式的仿真任务，在一个基于网络的操作界面中将这些交互式的视觉展示无缝融合到教材页面里，从而提供给学生们一种更为直观和个性化的学习方式。此外，它还使得教师与学生能够在无需编程知识的情况下轻松创建模拟环境，让复杂的物理学原理变得更加容易理解并掌握。

增强物理的核心特性

• 智能抽取图形与表格：自动生成地从物理教材的PDF文件中抽取图表信息。
• 创建互动式仿真把静态图像转变为互动式的物理模拟，让用户能够调节变量并查看相应的效果。
• 实时呈现的数据可视化效果呈现随着时间推移物理量变动的互动图形，例如单摆角度的变化情况。
• 提升试验的效能用户能够直接于屏幕之上操控物理模拟过程，比如调整物件的位置或是修改电路的相关设置。
• 动态图形把固定图像转换为展现物理现象随着时间演化的连续动态图。

增强物理技术的工作机制

• 图像识别技术利用Segment Anything模型来辨识并分离图片中的物体，并通过OpenCV执行图像处理任务，以完成路径抽取与边缘侦测的功能。
• 具备多种数据处理能力的高级语言模型（LLM）解析图表内的文本说明，并建议合适的物理模拟类别，同时自动配置模拟参数。
• 整合物理学引擎通过运用Matter.js之类的物理引擎来仿真包括重力及光的反射在内的各种物理效应。
• 互动式仿真创建该系统能够自动检测并分离图表内的对象，并允许用户为这些对象设定物理特性及实现互动。
• 动态展示及动画效果能够把静态图像转变为动态视频，以展现物理现象的演变流程。

Augmented Physics项目的仓库位置

• arXiv科技文章在学术资源共享平台ArXiv上，有一篇编号为2405.18614的研究论文可供查阅。

增强物理的使用情境

• 图像识别科技运用Segment Anything模型来识别并分割图片中的物体，并借助OpenCV完成图像处理任务，以达到提取路径与检测边缘的目的。
• 具备多种数据处理能力的高级语言模型（LLM）解析图表内的文本说明，并建议合适的物理模拟种类，同时自动配置模拟参数。
• 整合物理学引擎通过运用Matter.js之类的物理引擎来仿真诸如重力和光的反射这类物理学效果。
• 互动式仿真创造该系统能够自动辨识及分离图表内的对象，并允许用户为其设定物理特性并与之互动。
• 动态展示及动画效果能够把静止的图像转换成动态视频，以展现物理现象的发展流程。