Physics-based cable simulation for VR electrical wiring

Virtual reality makes it possible to recreate realistic work environments in which to practice without risk. Within the domain of electrical installation and wiring practices, it enables the simulation of workstations and associated tasks; however, most existing solutions tend to simplify cable behavior, treating them as abstract connections or rigid objects and thus reducing both realism and training effectiveness. To make training more immersive and believable, it is essential that the interaction with cables mirrors real-world behavior as closely as possible. Electrical conductors exhibit complex mechanical properties, including bending and torsional stiffness and near-total inextensibility. Faithfully reproducing these behaviors requires deformable-body physical models capable of running in real time within an interactive application. The goal of this thesis is to analyze how a physics-based simulation of flexible wires, built on an XPBD (eXtended Position-Based Dynamics) engine, can be integrated into a VR application. The prototype, implemented in Unity and running on Meta Quest 3S, combines the wire simulation with a demonstrative Arduino-breadboard-LED scenario, showing that it is possible to achieve a physically plausible simulation while maintaining frame rates compatible with real-time interaction on a standalone headset.

La realtà virtuale consente di ricreare ambienti di lavoro realistici in cui esercitarsi senza correre rischi. Nel contesto degli impianti elettrici e delle attività di cablaggio, permette di simulare postazioni di lavoro e relative operazioni; tuttavia, i cavi sono generalmente modellati come connessioni astratte o elementi rigidi, con una conseguente riduzione del realismo e dell’efficacia formativa. Per rendere l'esercitazione più immersiva e credibile, è fondamentale che l'interazione con i cavi elettrici rispecchi il più possibile quella reale. I conduttori elettrici presentano proprietà meccaniche complesse, tra cui rigidità a flessione e torsione e una quasi totale inestensibilità. Riprodurre fedelmente questi comportamenti richiede modelli fisici per corpi deformabili capaci di funzionare in tempo reale all'interno di un'applicazione interattiva. L’obiettivo di questa tesi è analizzare come una simulazione fisica di cavi flessibili, basata su un motore XPBD (eXtended Position-Based Dynamics) possa essere integrata in un’applicazione VR. Il prototipo, implementato in Unity ed eseguito su Meta Quest 3S, combina la simulazione del cavo con uno scenario dimostrativo Arduino-breadboard-LED, mostrando come sia possibile ottenere una simulazione fisicamente plausibile mantenendo frame rate compatibili con l'interazione in tempo reale su un visore standalone.