Towards large scale smell display for enhancing immersion during walking in virtual environments

Abstract

Incorporating olfactory stimuli into Virtual Reality (VR) has become a growing area of interest, offering new ways to enhance immersion and emotional engagement. However, current olfactory display solutions are often constrained by stationary emitters or wearable devices, which either restrict user mobility or cause discomfort. This thesis presents a novel approach to large-scale smell interaction in VR through a robot-mounted olfactory display that enables encounter-based scent delivery during natural walking. Built on a mobile Boston Dynamics Spot robot and an Olorama scent generator, the system autonomously navigates to predefined smell zones and synchronizes scent emission with user proximity, allowing for timed and spatially aligned olfactory cues without requiring users to wear additional hardware.The system was evaluated with a user study in a room-scale VR forest scenario with three distinct olfactory events, where the detection time, recognition accuracy, perceived intensity, and comfort of users during the interactions were assessed. Results show that users were generally able to detect and identify the smells correctly, with reaction times being influenced by differences in scent intensity. The results demonstrate that large-scale, robot-assisted scent delivery is not only technically feasible but also perceptually effective and well tolerated by users.By avoiding wearable gear, permanent installations, or room-specific infrastructure, the system offers a scalable and portable alternative for immersive olfactory interaction. It supports walk-based scenarios without confining users to a small area, enabling natural, spatially grounded scent delivery in various applications, including storytelling, therapy, or exhibitions. Overall, this work highlights the potential of mobile scent systems as a flexible and practical modality for enhancing immersion in VR.

Die Einbindung olfaktorischer Reize in die virtuelle Realität (VR) entwickelt sich zunehmend zu einem vielversprechenden Forschungsfeld, das neue Möglichkeiten zur Steigerung der Immersion und des emotionalen Erlebens bietet. Bestehende Lösungen für olfaktorische Displays sind derzeit oft durch stationäre Duftquellen oder tragbare Geräte limitiert, die entweder die Bewegungsfreiheit der Nutzer:innen einschränken oder als störend empfunden werden. Diese Arbeit präsentiert einen neuartigen Ansatz für großflächige Geruchsinteraktionen in VR durch ein robotergestütztes, mobiles Duftsystem,das eine ortsbezogene Geruchsausgabe während natürlicher Gehbewegungen ermöglicht. Das System basiert auf einem mobilen Boston Dynamics Spot-Roboter in Kombination mit einem Olorama-Duftgenerator, navigiert autonom zu vordefinierten Duftzonen und synchronisiert die Geruchsemission mit der räumlichen Nähe der Nutzer:innen. Dadurch werden zeitlich und räumlich abgestimmte olfaktorische Reize ermöglicht, ohne dass zusätzliche Hardware getragen werden muss.Das System wurde in einer Nutzerstudie in einem raumgroßen virtuellen Waldszenario mit drei verschiedenen Geruchserlebnissen evaluiert, dabei wurden die Erkennungszeit, die Erkennungsgenauigkeit, die wahrgenommene Intensität sowie der wahrgenommene Komfort während der Interaktionen erfasst. Die Ergebnisse zeigen, dass die meisten Düfte korrekt erkannt wurden, wobei die Reaktionszeiten durch Unterschiede in der Duftintensität beeinflusst wurden. Insgesamt belegen die Ergebnisse, dass eine großflächige, robotergestützte Geruchsausgabe sowohl technisch umsetzbar als auch wahrnehmungsmäßig effektiv und gut verträglich ist und von den Nutzer:innen gut toleriert wird. Durch den Verzicht auf tragbare Komponenten, permanente Installationen oder raumspezifische Infrastruktur bietet das System eine skalierbare und flexible Lösung für immersive Geruchsanwendungen. Es unterstützt gehbasierte VR-Szenarien, ohne die Bewegungsfreiheit von Nutzer:innen einzuschränken, und ermöglicht eine natürlich wirkende,kontextbezogene Geruchsausgabe für vielfältige Anwendungsfelder wie Storytelling, Therapie oder Ausstellungen. Insgesamt unterstreicht diese Arbeit das Potenzial mobiler Duftsysteme als vielseitige und praktikable Erweiterung immersiver VR-Erlebnisse.