增强物理（Augmented Physics）可以将物理教科书中的静态图表转换成交互式模拟的工具，通过动态图示、双向绑定和参数可视化等增强策略，为学生提供了一个更直观、更个性化的物理学习体验，能够帮助学生更好地理解和掌握物理概念。

　　在上物理课的时候，大家应该都有过那种「图太抽象了」的体会吧，需要靠空间想象力才能感受到出题人的想法。

　　而在电子教学时代，物理图可以是动态、可交互的，有助于更深入地理解复杂原理，能够比教科书或视频提供更丰富、更难忘的学习体验，也可以让学生更积极参与到复杂概念的实验中，

　　但是创建交互式模拟既耗时又需要大量的编程工作，所以大部分教学场景只能用已经制作好的模拟图，有时无法完全满足学生对学习材料的特定需求，甚至切换教科书和外部交互视频的过程还会分散学生注意力。

　　最近，卡尔加里大学、科罗拉多大学博尔德分校及Adobe的研究人员提出了一个全新的方法增强物理（Augmented Physics），通过从静态教科书图表中提取和增强内容来创建交互式物理模拟；利用「Segment-Anything」和多模态LLM等先进的计算机视觉技术，可以半自动地从教科书页面中提取图表，并基于提取的内容生成交互式模拟。

　　简单来说，这种增强实验的功能就像是给教科书里的静态图像增添了生命力，学生们不再只是被动地阅读和观看图像，而是能够亲手操作这些图像中的元素，进行实验。

　　比如，学生可以把一个物体在虚拟的模拟环境中移动到透镜旁边，亲眼看到图像是如何变化的。在电路的学习中，也可以调整电路中的电压和电阻，实时看到电流的变化，这样的互动方式使得学习过程更加直观和有趣。

　　该系统可以支持各种类型的模拟，如牛顿运动、光学、电路和循环动画，并通过简单的创作过程，用户可以选择图表中的特定对象进行分割，操纵分割对象，并调整参数值以动态与模拟结果互动。

　　体验感最好的是，交互式视觉输出直接通过基于网络的界面无缝叠加到教科书PDF上，学生可以很方便地学习、实验，而无需寻找外部材料。

　　通过与七位物理教师的引导研究，文中探索了四种关键的增强策略：增强实验、动画图表、双向绑定、参数可视化，然后通过对系统进行技术评估、可用性研究（N=12）和专家访谈（N=12）来评估系统，结果表明，该系统可以促进物理教育中更具吸引力和个性化的学习体验。

　　用户通过网页界面导入图表，系统支持包括桌面和移动设备，用户也可以上传教科书页面的PDF文件，或者使用智能手机拍摄并上传教科书页面的照片。

　　导入图表后，系统会要求用户从可用选项中选择模拟类型：运动学、光学和电路；系统还额外提供动画选项，以适用于不需要特定模拟类型的场景。

　　例如，用户可能选择一棵树和一个透镜，从光学相关的图表中分割出这些对象。在另一个例子中，用户可以分割与牛顿运动相关的图表中的各种对象，如物体和斜坡；用户还可以分割一条线来提取路径，创建跟随线：为分割对象分配角色

　　分割完成后，用户为每个分割的对象分配一个标签，在模拟中提供特定角色；系统为每种模拟类型提供了一组可用的角色，供用户选择。

　　用户分割图像并分配角色后，系统会将分割的图像转换成具有适当物理属性的多边形，生成模拟。

　　系统可以精确复制滑雪者和斜坡，分别创建动态和静态物体的多边形，能够确保模拟与原始图表无缝集成，实现形状和位置的对齐；用户可以通过点击运行按钮或与渲染的多边形互动来启动模拟，观察动态的视觉输出，点击模拟对象，并选择更改参数。

　　用户可以灵活地调整模拟内的参数。根据不同的角色，不同的对象带有各种参数，如动态物体的质量、静态物体的摩擦力和弹簧的力常数。

　　提供了一种创建循环动画的方法，用户可以为分割对象指定路径，然后创建模拟运动的动画。

　　作者可以将文本中的参数值与相关的模拟实验相链接，学生能够直接在文本中调整这些值，并实时观察变化。

　　上图中，用户将文本中的值绑定到压缩属性上，系统能够使用这个值来模拟场景，然后通过改变弹簧的压缩程度，为学习者提供了一种直观的方式来理解参数变化对实验结果的影响。

　　系统通过一个基本的时间序列图表来实现，可以让作者通过动态图表来展示选定的值，比如用户观察到一个图表，描绘摆锤在接近其平衡位置时，其角度在简谐运动中的变动。

　　其中对象分割的成功率高达86%，也显著促进了运动学、光学和动画组件的相对更高成功率，在运动学中，多边形生成和放置的成功率分别为72%和70%，通过适当的分割有效地转换成了可进行物理模拟的实体。