XR for Shared Situation Awareness: Design Thinking and Industrial Application

In automation-intensive industrial environments, maintaining shared situation awareness across mixed fleets of human and machine agents presents a complex design challenge. Effective solutions must be cognitively grounded, role-sensi- tive, and aligned with socio-technical constraints. This thesis a...

Täydet tiedot

Bibliografiset tiedot
Päätekijä: Karjalainen, Jaakko
Muut tekijät: Informaatioteknologian tiedekunta, Faculty of Information Technology, Jyväskylän yliopisto, University of Jyväskylä
Aineistotyyppi: Pro gradu
Kieli:fin
Julkaistu: 2025
Aiheet:
Linkit: https://jyx.jyu.fi/handle/123456789/102580
_version_ 1833317277929308160
author Karjalainen, Jaakko
author2 Informaatioteknologian tiedekunta Faculty of Information Technology Jyväskylän yliopisto University of Jyväskylä
author_facet Karjalainen, Jaakko Informaatioteknologian tiedekunta Faculty of Information Technology Jyväskylän yliopisto University of Jyväskylä Karjalainen, Jaakko Informaatioteknologian tiedekunta Faculty of Information Technology Jyväskylän yliopisto University of Jyväskylä
author_sort Karjalainen, Jaakko
datasource_str_mv jyx
description In automation-intensive industrial environments, maintaining shared situation awareness across mixed fleets of human and machine agents presents a complex design challenge. Effective solutions must be cognitively grounded, role-sensi- tive, and aligned with socio-technical constraints. This thesis addresses this chal- lenge by developing a design thinking framework through a design science re- search process to guide the development of extended reality applications for sup- porting situation awareness. The framework integrates theories of individual, shared, and distributed situation awareness with a life-based design approach to ensure alignment with users’ cognitive capacities, roles, and operational contexts. Empirical material from the intralogistics domain informed the development of the framework by providing insights into challenges related to situation aware- ness and contextual constraints in mixed fleet operations. These findings were translated, through the structuring logic of life-based design, into concept-level interventions and narrative scenarios that illustrate how extended reality can structure and deliver situation-relevant information in complex operational con- texts. The resulting framework offers structured guidance for designing solutions that are cognitively appropriate and contextually compatible for supporting sit- uation awareness in human–technology collaboration. While developed in the context of intralogistics, the framework is intended to be applicable to other au- tomation-intensive domains where coordination between human and machine agents is critical. The study provides a theoretically grounded and empirically informed foundation for both future research and the design of extended reality– based support systems in complex socio-technical environments. Automaatioon vahvasti nojaavissa teollisissa ympäristöissä jaetun tilannetietoi- suuden ylläpitäminen ihmisten ja koneiden muodostamissa sekalaivueissa on monimutkainen suunnitteluhaaste. Vaikuttavien ratkaisujen on oltava kognitii- visesti perusteltuja, roolikohtaisia ja sosiotekniset rajoitteet huomioivia. Tämä tutkielma vastaa haasteeseen kehittämällä suunnittelututkimuksen prosessin kautta suunnitteluajattelun viitekehyksen, joka ohjaa laajennettuun todellisuu- teen perustuvien sovellusten suunnittelua tilannetietoisuuden tukemiseksi. Sen kehittämisessä yhdistettiin yksilöllisen, jaetun ja hajautetun tilannetietoisuuden teoriat sekä elämälähtöinen suunnittelu, jonka tavoitteena on varmistaa ratkai- sujen yhteensopivuus käyttäjien kognitiivisten valmiuksien, roolien ja toiminta- kontekstien kanssa. Intralogistiikasta kerätty empiirinen aineisto tarjosi näkymiä sekalaivueen toimintaan liittyviin tilannetietoisuushaasteisiin ja kontekstuaali- siin rajoitteisiin. Nämä havainnot muotoiltiin elämälähtöisen suunnittelun ra- kenteen ohjaamana konseptitason toimenpiteiksi ja narratiivisiksi skenaarioiksi, jotka havainnollistavat, kuinka laajennettu todellisuus voi jäsentää ja välittää ti- lannekohtaista tietoa monimutkaisissa operatiivisissa ympäristöissä. Tuloksena syntynyt viitekehys tarjoaa jäsenneltyä ohjausta sellaisten ratkaisujen suunnitte- luun, jotka ovat kognitiivisesti tarkoituksenmukaisia ja käyttöympäristöön sopi- via tilannetietoisuuden tukemiseksi ihmisen ja teknologian yhteistyössä. Vaikka viitekehys kehitettiin intralogistiikan tarpeisiin, se on sovellettavissa myös mui- hin automaatiovaltaisiin ympäristöihin, joissa ihmisen ja koneen välinen koordi- naatio on keskeistä. Tutkimus tarjoaa teoreettisesti ja empiirisesti perustellun läh- tökohdan sekä jatkotutkimukselle että laajennettuun todellisuuteen perustuvien tukijärjestelmien suunnittelulle monimutkaisissa sosioteknisissä ympäristöissä.
first_indexed 2025-05-20T21:05:42Z
format Pro gradu
free_online_boolean 1
fullrecord [{"key": "dc.contributor.advisor", "value": "Silvennoinen, Johanna", "language": null, "element": "contributor", "schema": "dc", "qualifier": "advisor"}, {"key": "dc.contributor.author", "value": "Karjalainen, Jaakko", "language": null, "element": "contributor", "schema": "dc", "qualifier": "author"}, {"key": "dc.date.accessioned", "value": "2025-05-20T10:44:41Z", "language": null, "element": "date", "schema": "dc", "qualifier": "accessioned"}, {"key": "dc.date.available", "value": "2025-05-20T10:44:41Z", "language": null, "element": "date", "schema": "dc", "qualifier": "available"}, {"key": "dc.date.issued", "value": "2025", "language": null, "element": "date", "schema": "dc", "qualifier": "issued"}, {"key": "dc.identifier.uri", "value": "https://jyx.jyu.fi/handle/123456789/102580", "language": null, "element": "identifier", "schema": "dc", "qualifier": "uri"}, {"key": "dc.description.abstract", "value": "In automation-intensive industrial environments, maintaining shared situation\nawareness across mixed fleets of human and machine agents presents a complex\ndesign challenge. Effective solutions must be cognitively grounded, role-sensi-\ntive, and aligned with socio-technical constraints. This thesis addresses this chal-\nlenge by developing a design thinking framework through a design science re-\nsearch process to guide the development of extended reality applications for sup-\nporting situation awareness. The framework integrates theories of individual,\nshared, and distributed situation awareness with a life-based design approach to\nensure alignment with users\u2019 cognitive capacities, roles, and operational contexts.\nEmpirical material from the intralogistics domain informed the development of\nthe framework by providing insights into challenges related to situation aware-\nness and contextual constraints in mixed fleet operations. These findings were\ntranslated, through the structuring logic of life-based design, into concept-level\ninterventions and narrative scenarios that illustrate how extended reality can\nstructure and deliver situation-relevant information in complex operational con-\ntexts. The resulting framework offers structured guidance for designing solutions\nthat are cognitively appropriate and contextually compatible for supporting sit-\nuation awareness in human\u2013technology collaboration. While developed in the\ncontext of intralogistics, the framework is intended to be applicable to other au-\ntomation-intensive domains where coordination between human and machine\nagents is critical. The study provides a theoretically grounded and empirically\ninformed foundation for both future research and the design of extended reality\u2013\nbased support systems in complex socio-technical environments.", "language": "en", "element": "description", "schema": "dc", "qualifier": "abstract"}, {"key": "dc.description.abstract", "value": "Automaatioon vahvasti nojaavissa teollisissa ymp\u00e4rist\u00f6iss\u00e4 jaetun tilannetietoi-\nsuuden yll\u00e4pit\u00e4minen ihmisten ja koneiden muodostamissa sekalaivueissa on\nmonimutkainen suunnitteluhaaste. Vaikuttavien ratkaisujen on oltava kognitii-\nvisesti perusteltuja, roolikohtaisia ja sosiotekniset rajoitteet huomioivia. T\u00e4m\u00e4\ntutkielma vastaa haasteeseen kehitt\u00e4m\u00e4ll\u00e4 suunnittelututkimuksen prosessin\nkautta suunnitteluajattelun viitekehyksen, joka ohjaa laajennettuun todellisuu-\nteen perustuvien sovellusten suunnittelua tilannetietoisuuden tukemiseksi. Sen\nkehitt\u00e4misess\u00e4 yhdistettiin yksil\u00f6llisen, jaetun ja hajautetun tilannetietoisuuden\nteoriat sek\u00e4 el\u00e4m\u00e4l\u00e4ht\u00f6inen suunnittelu, jonka tavoitteena on varmistaa ratkai-\nsujen yhteensopivuus k\u00e4ytt\u00e4jien kognitiivisten valmiuksien, roolien ja toiminta-\nkontekstien kanssa. Intralogistiikasta ker\u00e4tty empiirinen aineisto tarjosi n\u00e4kymi\u00e4\nsekalaivueen toimintaan liittyviin tilannetietoisuushaasteisiin ja kontekstuaali-\nsiin rajoitteisiin. N\u00e4m\u00e4 havainnot muotoiltiin el\u00e4m\u00e4l\u00e4ht\u00f6isen suunnittelun ra-\nkenteen ohjaamana konseptitason toimenpiteiksi ja narratiivisiksi skenaarioiksi,\njotka havainnollistavat, kuinka laajennettu todellisuus voi j\u00e4sent\u00e4\u00e4 ja v\u00e4litt\u00e4\u00e4 ti-\nlannekohtaista tietoa monimutkaisissa operatiivisissa ymp\u00e4rist\u00f6iss\u00e4. Tuloksena\nsyntynyt viitekehys tarjoaa j\u00e4sennelty\u00e4 ohjausta sellaisten ratkaisujen suunnitte-\nluun, jotka ovat kognitiivisesti tarkoituksenmukaisia ja k\u00e4ytt\u00f6ymp\u00e4rist\u00f6\u00f6n sopi-\nvia tilannetietoisuuden tukemiseksi ihmisen ja teknologian yhteisty\u00f6ss\u00e4. Vaikka\nviitekehys kehitettiin intralogistiikan tarpeisiin, se on sovellettavissa my\u00f6s mui-\nhin automaatiovaltaisiin ymp\u00e4rist\u00f6ihin, joissa ihmisen ja koneen v\u00e4linen koordi-\nnaatio on keskeist\u00e4. Tutkimus tarjoaa teoreettisesti ja empiirisesti perustellun l\u00e4h-\nt\u00f6kohdan sek\u00e4 jatkotutkimukselle ett\u00e4 laajennettuun todellisuuteen perustuvien\ntukij\u00e4rjestelmien suunnittelulle monimutkaisissa sosioteknisiss\u00e4 ymp\u00e4rist\u00f6iss\u00e4.", "language": "fi", "element": "description", "schema": "dc", "qualifier": "abstract"}, {"key": "dc.description.provenance", "value": "Submitted by jyx lomake-julkaisija (jyx-julkaisija.group@korppi.jyu.fi) on 2025-05-20T10:44:41Z\nNo. of bitstreams: 0", "language": "en", "element": "description", "schema": "dc", "qualifier": "provenance"}, {"key": "dc.description.provenance", "value": "Made available in DSpace on 2025-05-20T10:44:41Z (GMT). No. of bitstreams: 0", "language": "en", "element": "description", "schema": "dc", "qualifier": "provenance"}, {"key": "dc.format.extent", "value": "83", "language": null, "element": "format", "schema": "dc", "qualifier": "extent"}, {"key": "dc.format.mimetype", "value": "application/pdf", "language": null, "element": "format", "schema": "dc", "qualifier": "mimetype"}, {"key": "dc.language.iso", "value": "fin", "language": null, "element": "language", "schema": "dc", "qualifier": "iso"}, {"key": "dc.rights", "value": "CC BY 4.0", "language": null, "element": "rights", "schema": "dc", "qualifier": null}, {"key": "dc.title", "value": "XR for Shared Situation Awareness: Design Thinking and Industrial Application", "language": null, "element": "title", "schema": "dc", "qualifier": null}, {"key": "dc.type", "value": "master thesis", "language": null, "element": "type", "schema": "dc", "qualifier": null}, {"key": "dc.identifier.urn", "value": "URN:NBN:fi:jyu-202505204424", "language": null, "element": "identifier", "schema": "dc", "qualifier": "urn"}, {"key": "dc.contributor.faculty", "value": "Informaatioteknologian tiedekunta", "language": "fi", "element": "contributor", "schema": "dc", "qualifier": "faculty"}, {"key": "dc.contributor.faculty", "value": "Faculty of Information Technology", "language": "en", "element": "contributor", "schema": "dc", "qualifier": "faculty"}, {"key": "dc.contributor.organization", "value": "Jyv\u00e4skyl\u00e4n yliopisto", "language": "fi", "element": "contributor", "schema": "dc", "qualifier": "organization"}, {"key": "dc.contributor.organization", "value": "University of Jyv\u00e4skyl\u00e4", "language": "en", "element": "contributor", "schema": "dc", "qualifier": "organization"}, {"key": "dc.subject.discipline", "value": "Kognitiotieteen maisteriohjelma", "language": "fi", "element": "subject", "schema": "dc", "qualifier": "discipline"}, {"key": "dc.subject.discipline", "value": "Master\u2019s Degree Programme in Cognitive Science", "language": "en", "element": "subject", "schema": "dc", "qualifier": "discipline"}, {"key": "dc.type.coar", "value": "http://purl.org/coar/resource_type/c_bdcc", "language": null, "element": "type", "schema": "dc", "qualifier": "coar"}, {"key": "dc.rights.copyright", "value": "\u00a9 The Author(s)", "language": null, "element": "rights", "schema": "dc", "qualifier": "copyright"}, {"key": "dc.rights.accesslevel", "value": "openAccess", "language": null, "element": "rights", "schema": "dc", "qualifier": "accesslevel"}, {"key": "dc.type.publication", "value": "masterThesis", "language": null, "element": "type", "schema": "dc", "qualifier": "publication"}, {"key": "dc.format.content", "value": "fulltext", "language": null, "element": "format", "schema": "dc", "qualifier": "content"}, {"key": "dc.rights.url", "value": "https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/", "language": null, "element": "rights", "schema": "dc", "qualifier": "url"}, {"key": "dc.description.accessibilityfeature", "value": "ei tietoa saavutettavuudesta", "language": "fi", "element": "description", "schema": "dc", "qualifier": "accessibilityfeature"}, {"key": "dc.description.accessibilityfeature", "value": "unknown accessibility", "language": "en", "element": "description", "schema": "dc", "qualifier": "accessibilityfeature"}]
id jyx.123456789_102580
language fin
last_indexed 2025-05-20T21:05:42Z
main_date 2025-01-01T00:00:00Z
main_date_str 2025
online_boolean 1
online_urls_str_mv {"url":"https:\/\/jyx.jyu.fi\/bitstreams\/cd669163-0b9d-4429-89b8-964e1d316523\/download","text":"URN:NBN:fi:jyu-202505204424.pdf","source":"jyx","mediaType":"application\/pdf"}
publishDate 2025
record_format qdc
source_str_mv jyx
spellingShingle Karjalainen, Jaakko XR for Shared Situation Awareness: Design Thinking and Industrial Application Kognitiotieteen maisteriohjelma Master’s Degree Programme in Cognitive Science
title XR for Shared Situation Awareness: Design Thinking and Industrial Application
title_full XR for Shared Situation Awareness: Design Thinking and Industrial Application
title_fullStr XR for Shared Situation Awareness: Design Thinking and Industrial Application XR for Shared Situation Awareness: Design Thinking and Industrial Application
title_full_unstemmed XR for Shared Situation Awareness: Design Thinking and Industrial Application XR for Shared Situation Awareness: Design Thinking and Industrial Application
title_short XR for Shared Situation Awareness: Design Thinking and Industrial Application
title_sort xr for shared situation awareness design thinking and industrial application
title_txtP XR for Shared Situation Awareness: Design Thinking and Industrial Application
topic Kognitiotieteen maisteriohjelma Master’s Degree Programme in Cognitive Science
topic_facet Kognitiotieteen maisteriohjelma Master’s Degree Programme in Cognitive Science
url https://jyx.jyu.fi/handle/123456789/102580 http://www.urn.fi/URN:NBN:fi:jyu-202505204424
work_keys_str_mv AT karjalainenjaakko xrforsharedsituationawarenessdesignthinkingandindustrialapplication