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Fachbereich 12Informatik und MathematikInstitut für Informatik

Bachelorarbeit

Entwicklung einer flashbasierten Anwendung zum Trainieren und Prüfen der Fähigkeit

zur korrekten Interpretation von Bildinformationen

eingereicht bei

Prof. Dr. Detlef KrömkerProfessur für Graphische Datenverarbeitung

eingereicht von

Claudia Stockhausenstockh@informatik.uni-frankfurt.de

Eingereicht am:

4. Februar 2008

Betreuung durch:

Dipl. Inf. Sarah VoßDr. med. Richard J. Melamed

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Eidesstattliche Erklärung

Ich erkläre hiermit an Eides Statt, dass ich die vorliegende Arbeit selbstständig und ohne Benutzung anderer als der angegebenen Hilfsmittel angefertigt habe; die aus fremden Quellen direkt oder indirekt übernommenen Gedanken sind als solche kenntlich gemacht.Die Arbeit wurde bisher in gleicher oder ähnlicher Form keiner anderen Prüfungs-kommission vorgelegt und auch nicht veröffentlicht.

Frankfurt am Main, den 4.2.2008

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(Claudia Maria Stockhausen)

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Zusammenfassung

Im Rahmen dieser Bachelorarbeit wurde eine flashbasierte Anwendung zum Trainieren und Prüfen der Fähigkeit zur korrekten Interpretation von Bildinformationen entwickelt.

Den Ausgangspunkt der Entwicklung bildete eine Analyse von bisher existierenden Anwendungen am Beispiel der Radiologie. Die Analyse ergab, dass die bereits existierenden Anwendungen Interaktionen mit dem Bild in bestimmten Umfang erlauben, jedoch keine Anwendung gefunden werden konnte, bei der ein direktes Markieren von Strukturen im Bild mit z.B. einem Stift möglich ist. Ziel war es, dies zu entwickeln.

Die Entwicklung des Konzeptes begann mit einer Analyse der Anforderungen, die sich aus dem Bildmaterial in der Radiologie ergeben. Daraus wurden drei Aufgabenszenarien entwickelt: Nachfahren einer Struktur, einkreisen einer Struktur und markieren einer Struktur durch einen Stempel. Diese Aufgabenszenarien erfordern verschiedene Zeichen- und Hilfswerkzeuge. Implementiert wurden die Zeichenwerkzeuge Stift, Stempel und aufziehbarer Kreis, so wie die Hilfswerkzeuge Zoom und Helligkeitsregelung.

Für die drei Aufgabenszenarien wurden im Konzept Definitionen des Lösungsbereiches erstellt, den der Ersteller von Übungen im Flash Template an gibt. Diese drei Lösungsbereiche erfordern wiederum unterschiedliche Auswertungen und andere Verfahren zur Fehlerwertungen. Die Fehlerwertung setzt sich je nach Aufgabenszenario aus verschiedenen Verfahren zusammen.

Die anschließende Integration der Anwendung in die LernBar erfolgte über eine Integration von Schnittstellen in die Anwendung, die eine Kommunikation zwischen LernBar Player und der Anwendung erlauben. Zusätzlich wurde das Einlesen von XML Dateien ermöglicht und die Struktur einer XML Datei, zur Übergabe der nötigen Parameter, definiert. Diese XML Datei erlaubt die spätere Einbindung eines Wizards in das LernBar Studio, was im Ausblick erläutert wurde.

Die Implementierung der Anwendung beweist, dass das in dieser Bachelorarbeit aufgestellte Konzept funktioniert.

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Danksagung

An dieser Stelle möchte ich mich bei allen Personen bedanken, die mich bei meiner Bachelorarbeit und während meines Studiums unterstützt haben.

Mein Dank gilt meinen Großeltern Klaus und Marlies Stockhausen, sowie meinem Vater Alfons Köhler und meinem Freund Sven Walter für die Unterstützung während meines Studiums.

Ein besonderer Dank geht an meinen Prüfer Prof. Dr. Krömker und meine Betreuer Dipl. Inf. Sarah Voß und Dr. med. Richard J. Melamed für die zahlreichen Anregungen und Tipps, sowie für das Korrektur lesen.

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Inhaltsverzeichnis

Abbildungsverzeichnis ................................................................................... 9Abkürzungsverzeichnis.................................................................................. 11

1 Einleitung 1.1 Motivation..................................................................................... 13

1.2 Aufgabenstellung und Zielsetzung................................................ 131.3 Aufbau der Arbeit.......................................................................... 14

2 Grundlagen2.1 WebKit .......................................................................................... 152.2 LernBar ......................................................................................... 172.3 Bedeutung der korrekten Bildinterpretation in der Radiologie..... 192.4 Ausgewählte Beispiele.................................................................. 20 2.4.1 COMPARE........................................................................... 20 2.4.2 Elera..................................................................................... 21 2.4.3 COX..................................................................................... 22

2.4.3.1 COX 1.0....................................................................... 232.4.3.2 COX 2.0....................................................................... 24

2.5 Fazit.............................................................................................. 25

3 Anforderungsanalyse und Konzept3.1 Aufgabenszenarien....................................................................... 263.2 Anforderungen an das Flash Template......................................... 273.3 Anforderungen zur Integration in die LernBar............................. 283.4 Konzept........................................................................................ 28 3.4.1 Aufgabenstellung und Hinweisfunktion........................ 28

3.4.2 Zeichenwerkzeuge......................................................... 293.4.2.1 Stift.................................................................. 293.4.2.2 Stempel............................................................ 293.4.2.3 aufziehbarer Kreis........................................... 29

3.4.3 Konzept des Lösungsbereichs........................................ 29 3.4.4 Fehlerwertung................................................................ 31

3.4.4.1 Korrekte Lösungen für Lösungsbereiche mit zu umkreisender Fläche................................... 32

3.4.4.2 Nicht korrekte Lösungen für Lösungsbereiche mit zu umkreisender Fläche............................ 34

3.4.4.3 Lösungswertungen unter Benutzung des Stempelwerkzeuges........................................ 35

3.4.4.4 Lösungswertung mit aufziehbarem Kreis....... 363.4.5 Fehlergewichtung........................................................... 373.4.6 Geschlossener Linienzug .............................................. 38

4 Implementierung4.1 Ebenen......................................................................................... 39

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4.2 Zeichenwerkzeuge......................................................................... 404.2.1 Stiftwerkzeug................................................................... 404.2.2 Stempel............................................................................ 404.2.3 Aufziehbarer Kreis........................................................... 40

4.3 Zoomfunktion ............................................................................... 404.4 Lösungsüberprüfung...................................................................... 41

4.4.1 Geschlossener Linienzug.................................................. 414.4.2 Überprüfung, ob die eingezeichnete Lösung im Lösungs- bereich liegt..................................................................... 42

4.4.2.1 Auswertung Struktur nachfahren/einkreisen..... 424.4.2.2 Auswertung Stempel.......................................... 46

4.5 Helligkeitseinstellung des Bildes.................................................... 464.5.1 RGB Farbraum................................................................. 464.5.2 Implementierung Helligkeitsregelung............................. 47

4.6 Integration in die LernBar............................................................... 484.7 Screenshots der Anwendung........................................................... 52

5 Zusammenfassung & Ausblick5.1 Zusammenfassung......................................................................... 545.2 Wizard............................................................................................ 55

Literaturverzeichnis....................................................................................... 56

Anhang

A DVD.................................................................................................. 59

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Abbildungsverzeichnis

Das radiologische Bildmaterial, das für die Implementierung genutzt wurde, stammt aus dem Institut für Diagnostische und Interventionelle Radiologie des Klinikums der Johann Wolfgang Goethe-Universität Frankfurt am Main.

2.1 Bestandteile des WebKit ........................................................................... 152.2 Lückentext Aufgabe aus dem WebKit........................................................ 162.3 Zeichenobjekt aus dem WebKit.................................................................. 172.4 LernBar Player mit einem Beispielkurs...................................................... 182.5 COMPARE, alle Links aktiviert................................................................. 212.6 Multiple Choice Frage in Elera................................................................... 222.7 Ausschnitt aus COX 1.0.............................................................................. 232.8 COX 2.0 im Explorationsmodus ................................................................ 24

3.1 Markierter Lösungsbereich in einem Röntgenbild..................................... 303.2 Lösungsbereich zum Nachfahren einer Linie............................................. 303.3 Lösungsbereich für Übungen mit dem Stempelwerkzeug.......................... 313.4 Beispiel für Lösungsbereich mit angegebener Toleranz............................. 313.5 Beispiel für korrekte Lösung (1) ................................................................ 323.6 Beispiel für korrekte Lösung (2) ................................................................ 333.7 Beispiel für korrekte Lösung (3) ................................................................ 333.8 Beispiel für korrekte Lösung (4) ................................................................ 333.9 Beispiel für nicht korrekte Lösung (1)........................................................ 343.10 Beispiel für nicht korrekte Lösung (2)........................................................ 34

3.11 Stempel komplett im Lösungsbereich......................................................... 353.12 Stempel außerhalb des Lösungsbereiches................................................... 353.13 Stempel außerhalb des Toleranzbereiches (links) und Stempel innerhalb des Toleranzbereiches (rechts).................................................................... 353.14 Kreis im Lösungsbereich............................................................................ 363.15 Kreis umrundet den zu umkreisenden Lösungsbereich nicht..................... 363.16 Nicht korrekte Lösung (links) und korrekte Lösung (rechts)..................... 373.17 Geringes Übertreten des Lösungsbereichs (links) und starkes Übertreten des Lösungsbereiches (rechts).................................................................... 373.18 Gewichtung der Pixel außerhalb des Lösungsbereiches............................. 38

4.1 Überprüfung auf geschlossenen Linienzug................................................ 414.2 Überprüfung, ob die Linie im Lösungsbereich liegt.................................. 424.3 Berücksichtigung der Pixelgewichtung..................................................... 444.4 RGB–Farbwürfel in 3D und die entfalteten Seiten des Würfels [Shi05].. 474.5 ColorMatrixFilter Identitätsmatrix [Chu05].............................................. 48

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4.6 Screenshot „Nachfahren einer Struktur“.................................................... 524.7 Screenshot „Markieren mit Stempel“........................................................ 53

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Abkürzungsverzeichnis

HTML Hypertext Markup Language

XML Extensible Markup Language

COX Case of the Day Open Source X-Ray Gallery

RGB Rot, Grün und Blau Farbmodell

HSV Farbmodell aus Farbton (engl. hue), Sättigung (engl. saturation) und Helligkeit (engl. value)

PNG Portable Network Graphics, ein Grafikformat für Rastergrafiken

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Kapitel 1 - Einleitung

In diesem Kapitel werden Motivation, Aufgabenstellung, Zielsetzung und Aufbau dieser Bachelorarbeit besprochen.

1.1 Motivation

In vielen Lebens- und Arbeitsbereichen ist es wichtig, die in der Umwelt vorhandenen Bildinformationen schnell aufzunehmen, zu interpretieren und gegebenenfalls angemessen darauf zu reagieren. Ein Pilot muss beispielsweise auf die Umgebung, die er wahrnimmt reagieren und sie richtig interpretieren. Architekten müssen die Informationen aus einem Bauplan richtig ablesen und interpretieren können, ebenso wie technische Zeichner und Konstrukteure. Auch Satellitenaufnahmen und Landkarten müssen von Meteorologen korrekt ausgewertet und daraus die entsprechenden Schlussfolgerungen gezogen werden, um z.B. Naturkatastrophen vorher sehen zu können.

Etliche Beispiele gibt es auch in der Medizin, wie z.B. in der Histologie, der Radiologie, oder der Chirurgie. In diesen Bereichen kann es unter Umständen um Menschenleben gehen, wenn Bildinformationen falsch interpretiert werden.

Daher ist es in vielen Bereichen wichtig, die Fähigkeit der Bildanalyse und der korrekten Interpretation von Bildinformationen zu erwerben und zu trainieren.

1.2 Aufgabenstellung und Zielsetzung

Im Rahmen dieser Bachelorarbeit soll eine flashbasierte Anwendung entwickelt werden, mit deren Hilfe die korrekte Interpretation von Bildinformationen trainiert und geprüft werden kann.

Hierzu soll es einzelne Übungen geben, welche wiederum individuell mit Inhalt gefüllt und gestaltet werden können. Die Übungen sollen über ein Flash Template erstellt werden können, das auf dem WebKit der Universität Freiburg basiert, also über eine Vorlage, die mit entsprechendem Inhalt gefüllt werden kann. Die Templates sollen so gestaltet sein, das eine Integration in die LernBar der Universität Frankfurt möglich ist.

Auf das WebKit der Universität Freiburg und die LernBar wird im folgenden Kapitel näher eingegangen.

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1.3 Aufbau der Arbeit

Das erste Kapitel stellt eine Einleitung in das Thema dar. Es werden Motivation, Aufgabenstellung und Zielsetzung der Arbeit erläutert. Kapitel 2 beschäftigt sich mit den Grundlagen und stellt einige Anwendungen und Methoden vor, die bereits existieren und die Interpretation von Bildinformationen trainieren und prüfen. In Kapitel 3 werden die Anforderungen an die Anwendung genauer spezifiziert und das Konzept zur anschließenden Implementierung vorgestellt. Kapitel 4 beschäftigt sich mit der Implementierung der Anwendung. Im vorletzten Kapitel wird eine Zusammenfassung der Ergebnisse bereit gestellt. Das letzte Kapitel gibt einen Ausblick.

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Kapitel 2 - Grundlagen

Dieses Kapitel beschäftigt sich mit den Grundlagen zum Thema der Bachelorarbeit. Es bietet eine Einführung in das Thema und präsentiert eine Auswahl von bereits existierenden Programmen. Das Kapitel erläutert das WebKit, das in Zusammenarbeit mit mehreren Universitäten entstand und die LernBar der Johann Wolfgang Goethe Universität Frankfurt, auf denen die spätere Anwendung basieren soll bzw. integriert werden soll.

2.1 WebKit

Das WebKit1 bietet eine große Vorlagensammlung für die Erstellung von E-Learning Inhalten an. Das Projekt basiert dabei zu großen Teilen auf dem WEBGEO2 Projekt, das in einer Zusammenarbeit von acht Universitäten3 entstand.

Der modularisierte Aufbau erlaubt dabei ein einfaches Erstellen von Kursen und Lerneinheiten, die ein einheitliches Layout haben. Wie in Abbildung 2.1 zu sehen, werden Inhalte in Form von Flash Filmen in eine HTML Seite eingefügt.

Abbildung 2.1: Bestandteile des WebKit [ Web_2_08]

1 http://www.newmedia.uni-freiburg.de/Elearning/materialerstellung/webkit2 http://www.webgeo.de/3 J.W.-Goethe Universität Frankfurt am Main, Universität Trier, Universität Würzburg, Universität Halle-

Wittenberg, Pädagogische Hochschule Freiburg, Universität Heidelberg, Universität Berlin, Universität Freiburg

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Diese Flash Filme werden unter Benutzung der im WebKit mitgelieferten Flash Templates erstellt, welche unter Verwendung von Adobe Flash4 mit geringen Kenntnissen in Flash bearbeitet werden können. Es müssen nur noch Inhalte eingefügt werden und nur in geringem Umfang verschiedene Einstellungen im Quelltext übergeben werden. Dabei beinhalten die Templates verschiedene Aufgabentypen, Objekte und Navigationselemente.

Es stehen unter anderem folgende Aufgabentypen zur Verfügung:

● Drag&Drop ● Lückentext● Multiple Choice● One Choice

Die Aufgabenstellung und die Antwortmöglichkeiten lassen sich über Flash direkt in den entsprechenden Textfeldern eingeben. Lösungsmöglichkeiten für die Aufgaben können im Quelltext übergeben werden. Die Farbe der Schaltflächen und des Rahmens lassen sich im Quelltext einstellen, dadurch muss die Farbe nur an einer Stelle geändert und nicht jedes Aufgabenobjekt einzeln bearbeitet werden. In der folgenden Abbildung ist am Beispiel der Lückentext Aufgabe zu sehen, welche Struktur die Aufgaben haben.

Abbildung 2.2: Lückentext Aufgabe aus dem WebKit [Web08]

Mit Hilfe von Objekten können zusätzlich interaktive Inhalte eingefügt werden. Folgende Objekte stehen unter anderem zur Verfügung:

4 Adobe Flash - http://www.adobe.com/de/products/flashplayer/

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● Zeichenobjekt● Zoomobjekt● Animationsobjekt● Bildobjekt● Kartenobjekt

Diese Objekte erlauben im Gegensatz zu den Aufgaben keine Überprüfung von eventuellen Eingaben, unterstützen jedoch die Vermittlung des Lernstoffes durch interaktive Elemente.

Die folgende Abbildung zeigt das Zeichen-Objekt aus dem WebKit:

Abbildung 2.3 : Zeichenobjekt aus dem WebKit [Web08]

Im Zeichenobjekt können vom Benutzer Strukturen eingezeichnet werden, jedoch findet keine Überprüfung der Lösung statt. Der Benutzer hat lediglich die Möglichkeit, sich die Lösung anzeigen zu lassen.

Die mit dem WebKit erstellten Kurse sind mit dem Flash Plugin sowohl offline als auch online nutzbar.

2.2 LernBar

Die LernBar wird seit dem Jahre 2004 am Lehrstuhl für Graphische Datenverarbeitung der Johann Wolfgang Goethe-Universität entwickelt und ist Teil des megadigitale5 Projekts der

5 http://www.megadigitale.uni-frankfurt.de/

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Universität Frankfurt. Mit Hilfe der LernBar lassen sich Lerninhalte erstellen und aufrufen. Dabei lassen sich bei den Lerninhalten zusätzlich zu den normalen Lerninhalten Fragen, Grafiken und multimediale Elemente einbinden. Ziel des megadigitale Projektes ist es, andere Fachbereiche der J.W. Goethe-Universität Frankfurt bei der Umsetzung ihrer E-Learning Vorhaben zu unterstützen. Die LernBar stellt dabei einen Baustein dieses Vorhabens dar.

Der von Reinhold entwickelte Release 1 der Lernbar lässt sich in drei Komponenten untergliedern: der LernBar Player, das LernBar Portal und das LernBar Studio. Diese drei Teile ermöglichen es, Kurse abzuspielen, anzubieten, zu verwalten und zu erstellen [Rei06]. Diese Unterteilung lässt sich auch auf Release 2 der LernBar übertragen.

Im LernBar Studio werden die Kurse erstellt. Im Studio werden die Kernfunktionen eines Kurses festgelegt. Die Kurse können strukturiert, die Kurslogik festgelegt, sowie die Antwortmöglichkeiten der Fragen und die dazugehörige erreichbare Punktezahl festgelegt werden. Zusätzlich kann festgelegt werden, ob der Kurs online, offline oder in beiden Modi nutzbar sein soll. Die fertigen Kurse werden im zip6 Format gespeichert und können über das Portal veröffentlicht werden.

Durch die rund 40 verschiedenen LernBar Templates, die zum LernBar Studio gehören, wird erreicht, dass die einzelnen Seiten eines Kurses einheitlich gestaltet sind. Die Templates unterscheiden sich durch die Anzahl der Textfelder, die Anzahl und Größe der Grafiken sowie die Bildunterschrift. Seit Release 2 können die Templates direkt im Studio mit Inhalt gefüllt werden. Somit wird im Vergleich zur alten Version keine zusätzliche Software zum Füllen der Templates benötigt.

Der LernBar Player dient zum Abspielen der Kurse. Er verdeutlicht die Kursstruktur, in dem Lektionen, Erweiterungsseiten, Frageseiten und Gruppen auf unterschiedliche Weise dargestellt werden. Zusätzlich erlaubt es der Player, Bookmarks und Notizen zu den einzelnen Seiten zu erstellen. Der Player ist dabei in zwei Bereiche unterteilt: den Inhaltsbereich im oberen Teil des Fensters und den Navigationsbereich im unteren Teil des Fensters. Im Inhaltsbereich werden die einzelnen Kursseiten angezeigt, der Navigations-bereich dient der Navigation zwischen den einzelnen Kursseiten. In der folgenden Abbildung ist der LernBar Player mit einem geöffneten Kurs zu sehen:

6 Format zur Komprimierung von Dateien

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Abbildung 2.4 : Lernbar Player mit einem Beispielkurs

Das LernBar Portal ist eine Webseite, die für Lernende eine Übersicht aller Kurse bietet, die sie gegebenenfalls über ein Passwort freigeschaltet haben. Die Kurse sind dabei nach Fachgebieten und Projekten angeordnet. Autoren können ihre Kurse im Portal veröffentlichen, mit Passwörtern versehen oder Einmalpasswörter, sogenannte Tickets, verschicken. [Gün07]

2.3 Bedeutung der korrekten Bildinterpretation in der Radiologie

Die Radiologie wird in der gesamten Arbeit stellvertretend für andere Disziplinen als Beispiel herangezogen. Bildgebende Verfahren wie z.B. das konventionelle Röntgen, die Computertomographie, die Magnetresonanztomographie oder die Angiographie erlauben einen Einblick in den Körper des gesunden aber auch des kranken Menschen. Krankheiten oder Anomalien sind für Laien und in Aus- und Weiterbildung befindliche Mediziner jedoch nicht immer auf den ersten Blick erkennbar. Es erfordert einige Übung, Befunde auf Röntgenbildern zu erkennen. Die Radiologie ist eine sehr bildlastige Disziplin, in der die korrekte Interpretation von Bildinformationen über das Leben eines Patienten entscheiden kann.

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Studierende sollten daher bereits in ihrer Ausbildung lernen, Bildbefunde zuverlässig zu erkennen und in einem weiteren Schritt die sich daraus ergebenden Verdachtsdiagnosen korrekt und zuverlässig zu stellen. Ein Facharzt für Radiologie sieht täglich in der Praxis/Klinik viele Röntgenbilder, die er richtig interpretieren muss. Diese Kompetenz, die Röntgenbilder richtig zu interpretieren, muss zuvor sehr lange trainiert werden.

2.4 Auswahl bereits existierender Programme

Für das Erlernen der korrekten Interpretation von Bildinformationen in der Radiologie existieren bereits eine Vielzahl an webbasierter Anwendungen wie z.B. COMPARE, Elera oder COX. In diesem Abschnitt werden diese Anwendungen und ihre Methoden als Beispielanwendungen zum Trainieren und Prüfen der Interpretation von Bildinformationen vorgestellt.

2.4.1 COMPARE

COMPARE7 wurde am Radiologischen Institut der Universität Erlangen von Dr. Markus Grunewald entwickelt. Die Anwendung stellt eine Vielzahl an Röntgenbildern zur Verfügung. Das Trainieren der Interpretation von Bildinformationen kann anhand von Links getestet werden.

Zu Beginn stellt das Programm auf der linken Seite des Bildschirms das zu untersuchende Röntgenbild und über dem Röntgenbild die dazugehörige Aufgabe zur Verfügung. Durch verschiedene Links lassen sich weitere Informationen zum Röntgenbild aktivieren.

Auf der rechten Seite ist nach Aktivierung über einen Link ein Vergleichsbild eines gesunden Patienten sichtbar. Über einen weiteren Link werden die Befunde im Röntgenbild angezeigt und ein Kommentar dazu erscheint. Der Link „Diagnosis“ zeigt zu Guter Letzt die Diagnose zu dem Befund des Röntgenbildes an. Über „Info/WWW“ werden weitere Informationen, die zu diesem Thema im Internet verfügbar sind, angezeigt. Die Links „All on“ und „All off“ aktivieren bzw. deaktivieren alle Links auf einmal.

Die folgende Abbildung zeigt COMPARE in dem Modus, in dem alle Links aktiviert wurden, so dass sowohl die Bildbefunde als auch die Diagnose im Bild angezeigt werden.

7 http://www.idr.med.uni-erlangen.de/compare.htm

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Abbildung 2.5: COMPARE, alle Links aktiviert. [Com07]

COMPARE erlaubt in keiner Form, Antworten einzugeben und diese überprüfen zu lassen. Die Antworten müssen anhand der vorgegebenen Lösung selbst überprüft und der Lernfortschritt selbst kontrolliert werden.

2.4.2 Elera

Elera8 wurde ebenfalls wie COMPARE von Dr. Markus Grunewald am Radiologischen Institut der Universität Erlangen entwickelt.

Um Elera benutzen zu können, ist zunächst eine Registrierung auf der Homepage erforderlich. Vor dem Start einer Lerneinheit können einige Einstellungen vorgenommen werden. Einstellbar ist unter anderem der Schwierigkeitsgrad, der es erlaubt, Elera sowohl als vorklinischer oder klinischer Studierender im Medizinstudium, aber auch in der Weiterbildung zum Facharzt für Radiologie zu benutzen. Je nach Schwierigkeitsgrad werden verschiedene auswählbare Themen angeboten. Zusätzlich besteht die Auswahlmöglichkeit, ob 5, 10 oder 20 Fragen gestellt werden und ob es eine zeitliche Beschränkung für jede Frage geben soll. Wird eine zeitliche Beschränkung gewählt, so besteht die Wahlmöglichkeit zwischen 15, 30, 45 und 60 Sekunden pro Frage.

Die Fragen selbst sind als Multiple Choice Fragen zu einem Bild aufgebaut und werden

8 www.elera.de

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zufällig aus einem Fragenpool bei Kursstart ausgewählt. Zusätzlich wird zu einem Bild und der dazugehörigen Frage nach Bedarf eine medizinische Vorgeschichte angeboten.

Die folgende Abbildung zeigt eine Multiple Choice Frage aus einem Kurs in Elera:

Abbildung 2.6: Multiple Choice Frage aus Elera [Ele07]

Die Registrierung erlaubt es, die bisherigen Testergebnisse zu speichern und zu einem späteren Zeitpunkt wieder zu betrachten.

Am Ende des Kurses werden die Resultate des Benutzers auf einer Seite zusammengefasst und gespeichert. Die Ergebnisse sind auf diese Weise bei jedem Start wieder aufrufbar und lassen sich in einem Chart visualisieren, aus dem der Lernfortschritt für verschiedene Kurse des Benutzers erkennbar ist.

2.4.3 COX

COX steht für „Case of the Day – The Open Source X-Ray Gallery“ und wurde am Institut für Diagnostische und Interventionelle Radiologie des Klinikums der Johann Wolfgang Goethe-Universität Frankfurt von Dr. Marc Harth entwickelt. Von COX existieren zwei

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Versionen, COX 1.09 und COX 2.010. COX 2.0 ist die Nachfolgeversion von COX 1.0, jedoch stellen die Anwendungen verschiedene Funktionen bereit, weshalb in diesem Abschnitt des Kapitels auf beide Anwendungen näher eingegangen wird.

2.4.3.1 COX 1.0

COX 1.0 bietet eine große Fallsammlung verschiedener radiologischer Fälle. Täglich wird ein neuer Fall anhand eines Röntgenbildes präsentiert. Anhand der Bedienung von Schaltflächen kann die Interpretation des Röntgenbildes trainiert werden. Über eine Schaltfläche wird eine Frage zu dem Röntgenbild in einem neuen Fenster geöffnet. Eine weitere Schaltfläche zeigt die Antwort zur gestellten Frage an.

Abbildung 2.7: Ausschnitt aus COX 1.0 [Cox_1_07]

Die Abbildung 2.7 zeigt einen Ausschnitt aus COX 1.0, in dem ein Röntgenbild und die von COX zur Verfügung gestellten Schaltflächen zum Anzeigen einer Frage bzw. deren Antwort und Navigation zu sehen sind.

9 COX 1.0 www.cox.at10 COX 2.0 http://cox-radiology.org/content/e187/e457/e895/index_ger.html

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Eine Eingabe von Antworten und deren Überprüfung durch die Anwendung ist nicht möglich. Es gibt keine Rückmeldung über die Ergebnisse, diese müssen ebenso wie der Lernfortschritt selbst kontrolliert werden.

2.4.3.1 COX 2.0

Die Nachfolgeversion COX 2.0 bietet mehr Interaktionen mit dem Röntgenbild in drei zur Auswahl stehenden Modi:

● dem Explorationsmodus● dem Analysemodus● dem Evaluationsmodus

Im Röntgenbild gibt es Bildbereiche, die vom Kursersteller über ein farbiges Polygon markiert wurden. Je nach Modus sind diese sichtbar oder bedürfen einer Aktion des Benutzers, um diese Polygone sichtbar werden zu lassen.

Im Analysemodus können über Schaltflächen die markierten Bereiche im Röntgenbild hervorgehoben werden. Beim Überfahren dieses Bereiches mit der Maus wird eine Erklärung zu dem ausgewählten Bereich angezeigt.

Die folgende Abbildung zeigt das Programm im Explorationsmodus:

Abbildung 2.8 : COX 2.0 im Explorationsmodus [Cox_2_07]

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Im Explorationsmodus (dargestellt in Abbildung 2.8) sind im Gegensatz zum Analysemodus alle farbig markierten Bereiche von Beginn an sichtbar. Auch hier werden beim Überfahren der Gebiete mit der Maus Erläuterungen zu den jeweiligen Bereichen angezeigt.

In der Abbildung sind die vom Ersteller des Kurses markierten Polygone durch rote Flächen erkennbar. Auf der rechten Seite befindet sich die Navigation, mit der zwischen den einzelnen Modi gewechselt werden kann.

Der Evaluationsmodus dient zum Überprüfen des bisher Erlernten. Über eine Schaltfläche muss zunächst ausgewählt werden, welche Bildstruktur erkannt werden soll. Anschließend soll die Struktur im Bild erkannt und mit der Maus angeklickt werden. Wurde an der richtigen Stelle geklickt, wird die Struktur farblich hervorgehoben. Wurde die falsche Stelle angeklickt, so passiert nichts. Eine Überprüfung der eigenen Antworten wird von COX 2.0 somit nur in einem begrenzten Umfang angeboten.

2.5 Fazit

Die vorgestellten Anwendungen dienen alle dazu, die Kompetenz zur Analyse von Bildern zu trainieren. In den vorgestellten Programmen ist eine Interaktion mit den Bildern in unterschiedlicher Weise möglich. In COX 1.0 und COMPARE ist die Interaktion nur über Schaltflächen und somit nur eingeschränkt durchführbar. Eine Überprüfung der Testergebnisse durch das Programm ist bei beiden Anwendungen nicht möglich. Elera bietet hingegen Multiple Choice Fragen zu Bildern an und erlaubt es, die Antworten überprüfen zu lassen und den Lernfortschritt zu dokumentieren. COX 2.0 bietet sogar ein direktes anklicken von vorgegebenen Flächen im Röntgenbild an.

Ein selbstständiges Markieren von Bereichen z.B. über eine Stift-Funktion und eine anschließende Überprüfung auf Richtigkeit ist bisher nicht möglich. Ziel ist es nun, diese Funktionen in den folgenden Kapiteln zu spezifizieren und in Flash zu implementieren.

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Kapitel 3 – Anforderungsanalyse & Konzept

In diesem Kapitel wird auf die Anforderungen, die an die Anwendung gestellt werden, detaillierter eingegangen. Dazu wird zunächst näher auf die Anforderungen, die sich aus dem Bildmaterial ergeben, eingegangen. Gleichzeitig wird in diesem Kapitel das Konzept zur Umsetzung dargestellt.

3.1 Aufgabenszenarien (Anforderungen, die sich aus dem Bildmaterial ergeben)

Die radiologischen Aufgaben stellen verschiedene Anforderungen an das Bildmaterial. Im Rahmen dieser Anwendung treten dadurch verschiedene Aufgabenszenarien auf, die berücksichtigt werden müssen. So ist es unter Umständen möglich, dass das Bildmaterial und die Aufgabe es erfordern, dass der Studierende eine Struktur nachfahren muss. In einem anderem Fall könnte es nötig sein, eine Struktur einzukreisen. Eine weitere Möglichkeit wäre, das der Studierende eine Struktur mit einem Stempel markieren muss.

Durch die Aufgabenstellung ergeben sich drei Bildszenarien:

● Nachfahren einer Struktur● Einkreisen einer Struktur● Struktur mit Stempel markieren

Diese Szenarien erfordern teilweise unterschiedliche Zeichenwerkzeuge und Lösungs-bereiche.

Soll der Studierende eine Struktur nachfahren, bedarf es eines geeigneten Zeichenwerkzeugs, das genug Freiheit erlaubt, auch kleinste Strukturen nachzufahren. Hierfür eignet sich idealerweise ein Stift, mit dem freihand in das Bild gezeichnet werden kann. Wird gefordert eine Struktur einzukreisen, so benötigt der Studierende auch hier ein geeignetes Zeichenwerkzeug. In diesem Fall bieten sich ein Stift und ein aufziehbarer Kreis an. Wird das markieren einer Struktur mit einem Stempel erwünscht, benötigt der Studierende einen Stempel in einer bestimmten Größe, mit dem er die gesuchte Struktur im Bild markieren kann.

Nicht jedes Röntgenbild passt komplett auf den Bildschirm. Oft erfordert es das Bildmaterial auch, dass der Studierende erst eine Struktur vergrößern muss, bevor er die Lösung

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einzeichnen kann. Dieser Fall tritt z.B. bei einer Aufnahme des Thorax auf. Damit der Studierende erkennt, welches Bildmaterial er vor sich hat, wird zunächst das gesamte Bild in der Weise angezeigt, das es auf den Bildschirm passt. Um bestimmte Strukturen markieren zu können, soll der Studierende in die entsprechenden Stellen reinzoomen können.

Aus den verschiedenen Aufgabenszenarien ergeben sich verschiedene Zeichenwerkzeuge, die benötigt werden. Zudem werden an die Lösungsvorlagen der einzelnen Aufgabenszenarien unterschiedliche Anforderungen gestellt.

3.2 Anforderungen an das Flash Template

Die Anwendung soll es ermöglichen Übungen zu erstellen, in denen ein Studierender beispielsweise ein Röntgenbild angeboten bekommt und in diesem Röntgenbild eine Bildstruktur markieren soll, die in der Aufgabenstellung formuliert ist. Die verschiedenen Aufgabenszenarien, die dabei auftreten können, wurden bereits beschrieben.

Hierzu muss zunächst durch den Kursersteller ein Lösungsbereich definiert werden. Der Kursteilnehmer soll diesen Bereich anhand der Aufgabenstellung erkennen und markieren. Je nach Aufgabenszenario benötigt der Studierende zum Bearbeiten der Aufgaben einige Hilfsfunktionen:

● Zeichenwerkzeuge● Zoom● Helligkeitsregelung● evtl. Hinweise bzw. Hilfsfunktionen

Zur Überprüfung des Lernfortschritts soll die Eingabe des Studierenden durch das Programm ausgewertet werden. Die Anwendung muss die eingezeichnete Struktur auswerten und überprüfen, bis zu welchem Prozentsatz sich die markierte Struktur im Lösungsbereich befindet und ob sie somit als korrekt oder nicht korrekt gewertet wird.

Im Folgenden wird zunächst die Aufgabenstellungs- und Hinweisfunktion betrachtet und danach auf die Anforderungen an die Zeichenwerkzeuge, die der Kursteilnehmer zum Einzeichnen der Lösung benötigt, eingegangen. Im weiteren Verlauf werden die Anforderungen an den Lösungsbereich und die Fehlertoleranz dargestellt.

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3.3 Anforderungen zur Integration in die LernBar

Um die Anwendung später problemlos in die LernBar integrieren zu können, sind einige Aspekte zu berücksichtigen.

Um später die Ergebnisse der Übungen über den LernBar Player speichern zu können, müssen im Quelltext Funktionen zum Abrufen und Versenden der bisherigen Ergebnisse an den LernBar Player implementiert werden. Da die Kommunikation mit dem LernBar Player zur Speicherung über eine so genannte Local Connection11 funktioniert, müssen in der Anwendung später zwei Verbindungen zum Empfangen und Senden der Daten hergestellt werden. Dabei ist zu berücksichtigen, dass die Daten, die an den LernBar Player geschickt werden, einer bestimmten Form entsprechen, damit sie im Player verarbeitet und gespeichert werden können.

Damit später die Flash Templates über das LernBar Studio mit Inhalt gefüllt werden können, muss die Anwendung in der Lage sein, Informationen über den Aufbau der Übung aus einer XML Datei einzulesen und entsprechend umzusetzen. Über diese XML Datei werden später beispielsweise die Einstellungen für die Zeichenwerkzeuge übergeben.

Die Umsetzung dieser Anforderungen werden in Kapitel 4.6 näher vorgestellt.

3.4 Konzept

In den folgenden Abschnitten wird genauer das Konzept für die oben angegebenen Anforderungen beleuchtet. Dabei wird zunächst näher auf die Aufgabenstellung sowie die Zeichenwerkzeuge eingegangen und schließlich das Konzept für die Lösungsbereiche der verschiedenen Aufgabenmöglichkeiten erörtert.

3.4.1 Aufgabenstellung und Hinweis

Die Aufgabenstellung soll der Übungsersteller in einem Flash Template angeben können. Hinweise, die dem Studierenden zur Bearbeitung der Aufgabe eventuell bereitgestellt werden sollen, werden nach Bedarf auch direkt im Flash Template angegeben. Eine weitere Möglichkeit die Aufgabenstellung übergeben zu können, bietet eine XML Datei, die in Abschnitt 4.6 näher erläutert wird.

11 Eine Local Connection erlaubt in Flash die Kommunikation zwischen zwei verschiedenen Flash Filmen

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3.4.2 Zeichenwerkzeuge

Zum Markieren sollen dem Studierenden verschiedene Werkzeuge zur Verfügung stehen. Je nach Aufgabenstellung wird die Auswahl der den Studierenden zur Verfügung stehenden Werkzeuge vom Übungsersteller festgelegt. Auf eine generelle Einschränkung der Zeichenwerkzeuge durch die Anwendung selbst wird verzichtet, um dem Übungsersteller den maximalen Gestaltungsspielraum zu lassen.

3.4.2.1 Stift

Mit Hilfe des Stiftwerkzeugs kann der Kursteilnehmer die Lösung freihändig im Bild einzeichnen. Die Stiftfarbe und die Linienbreite sind einstellbar und werden vom Kursersteller je nach Bildmaterial gesetzt, da schwarze Farbe in einem Röntgenbild häufig schwer erkennbar ist, sich aber bei einem anderen Bildmaterial als vorteilhaft erweisen kann.

3.4.2.2 Stempel

Dieses Werkzeug bietet sich an, wenn als Lösungsbereich eine komplett gefüllte Fläche ohne zu umkreisenden Bereich angegeben wird. Der Studierende erhält eine Art Stempel, der eine vom Kursersteller zu definierende Größe hat und markiert durch einen Mausklick die Stelle im Bild, die er für die richtige Lösung hält. Auch hier wird, wie beim Stift-Werkzeug, die Farbe vom Kursersteller festgelegt.

3.4.2.3 Aufziehbarer Kreis

Bei diesem Werkzeug wird mit der linken Maustaste in das Bild geklickt und mit gedrückter linker Maustaste ein Kreis aufgezogen. Mit Hilfe dieses Zeichenwerkzeugs lassen sich Strukturen umkreisen. Die Linienfarbe und -breite des Kreises werden vom Kursersteller im Template festgelegt.

3.4.3 Konzept des Lösungsbereichs

Wird eine neue Übung erstellt, so muss zunächst eine Musterlösung angegeben werden. Der Person, die die Übung erstellt, soll es möglich sein, den Lösungsbereich mit Hilfe der Maus einzeichnen zu können. Je nach Aufgabenart wird der Lösungsbereich anders definiert. Soll eine Struktur eingekreist werden, so wird der Lösungsbereich in Form einer Musterlösung angegeben, die eine optimale Einkreisung der Struktur zeigt. Dies sollte ein geschlossener Linienzug mit der Linienstärke von einem Pixel sein. Hierbei steht es dem Übungsersteller

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frei, welche Zeichenwerkzeuge er zum Erstellen der Lösung verwendet.

Die folgende Abbildung illustriert, wie eine solche Lösung aussehen könnte (rot eingezeichnet):

Abbildung 3.1 : Markierter Lösungsbereich in einem Röntgenbild

Soll eine Struktur nachgefahren werden muss der Übungsersteller, ähnlich wie bei dem vorangegangenen Beispiel mit dem Stiftwerkzeug, die Musterlösung einzeichnen. Die folgende Abbildung 3.2 zeigt ein Beispiel für den Lösungsbereich einer Übung, bei der später eine Struktur nachgefahren werden soll:

Abbildung 3.2 : Lösungsbereich zum Nachfahren einer Linie

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Soll eine Struktur mithilfe des Stempelwerkzeuges markiert werden, so wird als Lösungs-bereich eine Fläche benötigt, innerhalb der sich die Stempelmarkierung befinden soll. Die folgende Abbildung zeigt, wie ein solcher Lösungsbereich aussehen könnte:

Abbildung 3.3 : Lösungsbereich für Übungen mit dem Stempelwerkzeug

3.4.4 Fehlerwertung

Die Fehlerwertung soll relativ flexibel gestaltet werden können. Der Übungsersteller zeichnet die Lösung ein und gibt in Pixel an, wie weit die vom Übungsteilnehmer eingezeichnete Lösung von der Musterlösung abweichen darf. Die folgende Abbildung 3.4 zeigt die eingezeichnete Musterlösung des Übungserstellers in hellem grün. Der Toleranzbereich, der sich aus der übergebenen Toleranz in Pixeln, die übergeben wurden, resultiert, ist in einem etwas dunklerem Grün als die Musterlösung eingezeichnet. Dieser Toleranzbereich wird jedoch nicht vom Übungsersteller eingezeichnet, sondern später von der Anwendung errechnet.

Abbildung 3.4 : Beispiel für Lösungsbereich mit angegebener Toleranz

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Soll in der Übung das Stempelwerkzeug zum Einsatz kommen, stellt sich der Lösungsbereich anders dar. In diesem Fall muss der Kursersteller nur eine gefüllte Fläche einzeichnen, innerhalb derer die von dem Studierenden eingezeichnete Lösung als korrekt gewertet wird.

Eine Variable zur Fehlertoleranz muss definiert werden, um einen Prozentbereich anzugeben, in der sich die eingezeichnete Lösung noch im Toleranzbereich befindet. Hierbei soll es erlaubt sein, dass der Kursersteller einen Prozentsatz als Fehlertoleranz angeben kann, innerhalb derer die Aufgabe als richtig gelöst gilt. Erreicht der Kursteilnehmer beispielsweise 96% und der Kursersteller hat im Template festgelegt, dass 95% zum Bestehen benötigt werden, so wird dem Kursteilnehmer diese Aufgabe als vollständig korrekt gewertet und die volle Punktezahl gegeben.

Bei der Lösungswertung muss unterschieden werden, ob das Stift-Werkzeug zum einzeichnen benutzt wurde, oder aber ein anderes Zeichenwerkzeug. Wurde das Stiftwerkzeug benutzt, muss die eingezeichnete Lösung zunächst daraufhin überprüft werden, ob sie einen geschlossenen Linienzug darstellt, falls eine Struktur umkreist werden sollte. Bei der Benutzung des Stempel-Werkzeugs oder des aufziehbaren Kreises ist diese Überprüfung nicht notwendig.

Auf die Überprüfung, ob ein Linienzug geschlossen ist, wird in 3.4.6 näher eingegangen.

3.4.4.1 Korrekte Lösungen für Lösungsbereiche mit zu umkreisender Fläche

Ist der Linienzug exakt geschlossen und liegt die eingezeichnete Lösung im Lösungs- bereich, so wird dies als korrekt gelöst gewertet:

Abbildung 3.5: Beispiel für korrekte Lösung (1)

Ist der Linienzug nicht exakt, sondern nahezu geschlossen oder die Enden des Linienzuges

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überlappen sich, so wird dies als korrekt gewertet, sofern sich die eingezeichnete Lösung innerhalb des Lösungsbereiches befindet:

Abbildung 3.6: Beispiel für korrekte Lösung (2)

Befindet sich der Linienzug der eingezeichneten Lösung geringfügig außerhalb des Lösungsbereiches, liegt aber noch prozentual im angegebenen Toleranzbereich, so wird dies auch als korrekte Lösung gewertet:

Abbildung 3.7: Beispiel für korrekte Lösung (3)

Richtig gelöst ist eine Aufgabe auch, sobald die Struktur mehrmals umkreist, dabei aber ein nahezu geschlossener Linienzug eingezeichnet wurde:

Abbildung 3.8: Beispiel für eine korrekte Lösung (4)

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3.4.4.2 Nicht korrekte Lösungen für Lösungsbereiche mit zu umkreisender Fläche

Dagegen zählt ein Linienzug, der das Objekt nicht umschließt, als nicht korrekte Lösung, selbst wenn der Linienzug geschlossen ist und im Toleranzbereich liegt:

Abbildung 3.9 : Beispiel für nicht korrekte Lösung (1)

Solche Lösungen sind nicht erlaubt. Der Lösungsbereich wurde zwar einerseits getroffen, andererseits jedoch wurde nur ein minimaler Teil des Lösungsbereiches eingekreist.

Befindet sich der Linienzug außerhalb des Lösungsbereiches, so dass er auch prozentual nicht mehr im angegebenen Toleranzbereich liegt, wird auch dies als nicht korrekte Lösung gewertet:

Abbildung 3.10 : Beispiel für nicht korrekte Lösung (2)

Die Überprüfung einer Übung, bei der eine Struktur nachgefahren werden soll, verläuft ähnlich. Der Unterschied darin, dass vor der Überprüfung nicht kontrolliert wird, ob der Linienzug geschlossen ist. Stattdessen wird kontrolliert ob der Linienzug nahezu zusammenhängend ist.

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3.4.4.3 Lösungswertungen unter Benutzung des Stempelwerkzeugs

Wird zur Lösung der Aufgabe vom Übungsteilnehmer das Stempelwerkzeug benutzt, so entfällt die Überprüfung auf einen geschlossenen Linienzug. Stattdessen wird direkt überprüft, bis zu welchem Prozentsatz sich die eingezeichnete Lösung im Lösungsbereich befindet.

In den folgenden Abbildungen wird der Lösungsbereich grün und der Stempel schwarz dargestellt.

Liegt der Stempel komplett im Lösungsbereich, so wird dies als korrekt gewertet:

Abbildung 3.11 : Stempel komplett im Lösungsbereich

Befindet sich der Stempel dagegen komplett außerhalb des Lösungsbereiches, so wird die Lösung als nicht korrekt gewertet:

Abbildung 3.12: Stempel außerhalb des Lösungsbereiches

Liegt der Stempel prozentual innerhalb des angegebenen Toleranzbereiches, so wird die Lösung als korrekt gewertet. Ist hingegen der Toleranzbereich überschritten, so wird die Lösung als nicht korrekt gewertet:

Abbildung 3.13: Stempel außerhalb des Toleranzbereiches (links) und Stempel

innerhalb des Toleranzbereich (rechts)

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3.4.4.4 Lösungswertung mit aufziehbarem Kreis

Mit dem Zeichenwerkzeug, das einen Kreis aufzieht, können sowohl Lösungsbereiche mit zu umkreisender Struktur als auch normal gefüllte Lösungsbereiche verwendet werden. Im Folgenden wird nur noch auf die Beispiele mit der zu umkreisenden Struktur eingegangen. Bei gefüllten Lösungsbereichen entfällt die Überprüfung auf Umkreisen einer bestimmten Struktur. ImGegensatz zum Stiftwerkzeug entfällt die Überprüfung auf einen geschlossenen Linienzug.

Umrundet das Kreiswerkzeug die zu umkreisende Struktur und liegt im Lösungsbereich, so wird dies als korrekte Lösung gewertet:

Abbildung 3.14: Kreis im Lösungsbereich

Umrundet das Kreiswerkzeug die vorgegebene zu umkreisenden Struktur nicht, so zählt dies als nicht korrekte Lösung:

Abbildung 3.15: Kreis umrundet den zu umkreisenden Lösungsbereich nicht

Umrundet der Kreis die zu umkreisende Struktur, liegt aber außerhalb des Toleranzbereiches, so wird dies ebenso als nicht korrekte Lösung gewertet. Umrundet der Kreis die zu umkreisende Struktur und liegt im Toleranzbereich, so wird dies als korrekte Lösung gewertet:

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Abbildung 3.16: Nicht korrekte Lösung (links) und korrekte Lösung (rechts)

3.4.5 Fehlergewichtung

Sofern eine Lösung fehlerhaft eingezeichnet wurde ergeben sich bei mehreren Versuchen in der Regel unterschiedlich starke Abweichungen von der Musterlösung. Die folgende Abbildung verdeutlicht dies:

Abbildung 3.17: Geringes Übertreten des Lösungsbereichs (links) und starkes

Übertreten des Lösungsbereichs (rechts)

In der linken Abbildung wurde der Lösungsbereich von der eingezeichneten Lösung in einem geringerem Abstand überschritten, als in der rechten Abbildung. Die Anzahl der außerhalb des Toleranzbereiches liegenden Pixel ist in beiden Abbildungen annähernd gleich. Somit würden beide Lösungen ähnlich bewertet werden. Dabei ist eindeutig erkennbar, dass die Lösung in Abbildung links der gewünschten kreisförmigen Markierung eher entspricht als in Abbildung rechts.

Um eine Unterscheidung dieser beiden Fälle zu ermöglichen, werden die Pixel, die außerhalb des Lösungsbereichs liegen, unterschiedlich gewichtet. Je weiter ein Pixel von der Lösung entfernt ist, desto mehr wird er als fehlerhaft gewichtet. Ab einer bestimmten Entfernung wird er als falsch gewertet.

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Abbildung 3.18 : Gewichtung der Pixel außerhalb des Lösungsbereiches

Die Gewichtung der Pixel richtet sich dabei nach der Toleranz, die in Pixeln angegeben wurde. Es existiert ein Bereich, in dem Pixel zu 50% als richtig gewertet werden und einen Bereich in dem die Pixel noch zu 25% als richtig gewichtet werden. Die Größe dieser Bereiche können vom Übungsersteller angegeben werden. Wurden keine Werte angegeben, so entfallen diese Bereiche bei der Lösungsüberprüfung und die beiden Beispiele würden in etwa gleich bewertet werden.

Diese Gewichtung erfolgt mit Ausnahme der Lösungsbereiche für das Stempelwerkzeug bei allen anderen Lösungsbereichen, sofern der Übungsersteller diese angibt.

3.4.6 Geschlossener Linienzug

Soll eine Struktur eingekreist werden, so muss die Anwendung zunächst überprüfen, ob der Studierende einen geschlossenen Linienzug eingezeichnet hat. Da nicht erwartet werden kann, dass der Studierende einen perfekt geschlossenen Linienzug einzeichnet, muss ein Toleranzbereich existieren, der nahezu geschlossene Linienzüge bzw. geschlossene Linienzüge mit gering überlappenden Enden akzeptiert. Dieser Toleranzbereich soll auch vom Ersteller des Kurses eingestellt werden können.

Diese Überprüfung erlaubt es, dem Studierenden bereits vor der Überprüfung der Ergebnisse eine Rückmeldung zu geben, ob prinzipiell richtig eingezeichnet wurde. Sofern kein geschlossener Linienzug eingezeichnet wurde, erhält der Studierende eine Rückmeldung und hat die Möglichkeit, seine eingezeichnete Lösung zu korrigieren und die korrigierte Lösung werten zu lassen.

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Kapitel 4 – Implementierung

In diesem Kapitel wird die Implementierung der in Kapitel 3 spezifizierten Anwendung besprochen. Es werden lediglich Ausschnitte des Quellcodes vorgestellt, der komplette Quellcode befindet sich auf der beiliegenden DVD.

4.1 Ebenen

In der Anwendung existieren mehrere Ebenen, die übereinander liegen. Die unterste Ebene stellt das der Aufgabe zugrunde liegende Bild dar. Das Bild kann direkt in das Template importiert werden.

Zum Einzeichnen des Lösungsbereiches wird dem Ersteller ein separater Movieclip12 im Flash Template zur Verfügung gestellt. Der Movieclip liegt direkt über dem Bild, wodurch der Kursersteller die Lösung direkt über dem Bild einzeichnen kann. Der Kursersteller kann den Lösungsbereich mit allen in Adobe Flash vorhandenen Zeichenwerkzeugen einzeichnen. Zu berücksichtigen sind die Vorgaben zur Einschränkung der Lösungsbereiche aus der Spezifikation in Kapitel 3.

Eine weitere Möglichkeit besteht darin, den Lösungsbereich als eine Bilddatei mit transparentem Hintergrund zu übergeben. In diesem Fall muss berücksichtigt werden, dass der Hintergrund des Bildes durchsichtig ist, die gleiche Größe wie das Aufgabenbild hat und die eingezeichnete Lösung an der richtigen Stelle zu liegen kommt. Lösungsbild und Aufgabenbild müssen dabei genau zur Deckung kommen. Ist dies nicht der Fall, liegt die Lösung eventuell über einen anderen Stelle des Bildes, die normalerweise nicht markiert werden soll.

Die Zeichenfläche, auf der später der Studierende die Lösung einzeichnen soll, wird ebenso wie der Lösungsbereich durch einen eigenen Movieclip dargestellt. Der Hintergrund des Movieclips ist transparent. Der Movieclip für die Zeichenfläche liegt ebenfalls exakt über dem Movieclip, der das Bild enthält.

Es existieren demnach drei Ebenen: Das Bild das zu unterst liegt, der Lösungsbereich, der über dem Bild ist, und die Zeichenfläche die über dem Lösungsbereich liegt.

12 MovieClip – Eine Art Container in Flash

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4.2 Zeichenwerkzeuge

Für jedes Zeichenwerkzeug existiert eine Schaltfläche mit einem entsprechenden Symbol auf der Schaltfläche. Wird auf eine Schaltfläche der Zeichenwerkzeuge geklickt, so wird das entsprechende Zeichenwerkzeug aktiviert.

4.2.1 Stift Werkzeug

Das Stiftwerkzeug wird über die entsprechende Schaltfläche aktiviert. Befindet sich der Mauszeiger über der Zeichenfläche, so verwandelt sich der Mauszeiger in einen Stift. Wird die linke Maustaste gedrückt gehalten, so zeichnet das Stiftwerkzeug den entsprechenden Linienzug ein. Die Farbe und die Breite des Stiftes sind einstellbar.

4.2.2 Stempel

Wurde der Stempel ausgewählt, so verwandelt sich auch hier der Mauszeiger beim Überfahren der Zeichenfläche in die Form des Stempels. Durch einen Mausklick mit der linken Maustaste wird die entsprechende Struktur des Stempels auf das Bild gezeichnet.

4.2.3 Aufziehbarer Kreis

Mit der Funktion des aufziehbaren Kreises können auf der Zeichenfläche durch gedrückt halten der linken Maustaste Kreise in beliebige Richtungen aufgezogen werden. Hierfür wurde eine Funktion implementiert, die einen Kreis auf der Zeichenfläche anfertigt und bei jeder Bewegung der Maus die alte Figur löscht und neu zeichnet.

4.3 Zoomfunktion

Die Zoomfunktion erlaubt es, das Bild zu vergrößern, um auch kleinere Strukturen detaillierter betrachten zu können. Für das Vergrößern und das Verkleinern des Bildes stehen zwei Schaltflächen mit entsprechendem Symbol zur Verfügung. Eine weitere Schaltfläche skaliert das Bild derart, dass es komplett im Fenster sichtbar ist. Werden die Schaltflächen zum Vergrößern oder Verkleinern des Bildes ausgewählt, erscheint eine Lupe anstelle des Mauszeigers, sobald sich der Mauszeiger über dem Bild befindet. Durch anklicken einer Stelle im Bild mit der linken Maustaste wird diese nun vergrößert dargestellt.

Das Vergrößern und Verkleinern wurde über ein Skalieren des Bildes erreicht. Hierbei muss berücksichtigt werden, dass nicht nur das Bild selbst, sondern ebenfalls die über dem Bild liegende Lösungs- sowie Zeichenebene skaliert werden muss, um das Ergebnis der Lösungsauswertung nicht zu verfälschen. Zudem werden beim Vergrößern des Bildes auch die Koordinaten des Bildes, der Zeichenebene und des Lösungsbereiches neu berechnet, damit sich der mit der Maus ausgewählte Bereich im Fokus befindet.

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Sobald das Bild vergrößert wurde und nicht mehr komplett angezeigt werden kann, werden an den Rändern des Bildes Schaltflächen mit Pfeilen angezeigt. Mit Hilfe dieser Schaltflächen kann im vergrößerten Bild nach links, rechts, oben und unten navigiert werden. Implementiert wurden diese Schaltflächen über eine einfache Verschiebung der Koordinaten der Zeichenebene, der Bildebene und des Lösungsbereichs.

4.4 Lösungsüberprüfung

Die Überprüfung der Lösung findet in mehreren Schritten statt. Zunächst wird kontrolliert welche Zeichenwerkzeuge zum Einzeichnen der Lösung verwendet wurden. Bei Verwendung des Stiftwerkzeugs wird zunächst überprüft ob, ein geschlossener Linienzug vorliegt. Bei allen Zeichenwerkzeugen wird kontrolliert, ob sich der markierte Bereich im Lösungsbereich befindet, bzw. bis zu welchem Prozentsatz er in diesem Lösungsbereich liegt.

4.4.1 Geschlossener Linienzug

Wird eine Lösung überprüft, die mit dem Stiftwerkzeug eingezeichnet wurde, muss zunächst kontrolliert werden, ob ein geschlossener Linienzug eingezeichnet wurde, sofern eine Struktur eingekreist werden sollte. Dieser Vorgang findet als erster Schritt der Lösungsüberprüfung statt. Wurde kein geschlossener Linienzug eingezeichnet, so werden die restlichen Schritte zur Lösungsüberprüfung nicht durchgeführt und eine Fehlermeldung zurückgegeben.

Um auf einen geschlossenen Linienzug zu testen, werden bei jedem Ansetzen des Stiftes die Koordinaten gespeichert. Es werden somit jedes mal die Koordinaten gespeichert, sofern die linke Maustaste gedrückt oder losgelassen wird und sich das Stiftwerkzeug über der Zeichenfläche befindet. Zwischen diesen Anfangs- und Endpunkten werden daraufhin die Distanzen überprüft. Liegen sowohl die Distanzen in x- als auch in y-Richtung innerhalb des Toleranzbereiches, wird der Linienzug als geschlossen gewertet.

Abbildung 4.1 : Überprüfung auf geschlossenen Linienzug

Die Überprüfung liefert auch dann korrekte Ergebnisse, wenn der Stift beim Zeichnen

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mehrmals ab- und wieder angesetzt wurde.

4.4.2 Überprüfung ob die eingezeichnete Lösung im Lösungsbereich liegt

Bei der Überprüfung, inwieweit sich die eingezeichnete Lösung im Lösungsbereich befindet, wird die bei Erstellung der Lösung angegebene Musterlösung und der angegebene Toleranzbereich in Beziehung gesetzt. Die Auswertung für die Aufgabenszenarien 'Struktur nachfahren' oder 'Struktur umkreisen' unterscheidet sich dabei von der Auswertung der Aufgabe mit Stempel.

4.4.2.1 Auswertung Struktur nachfahren/umkreisen

Bei der Überprüfung der Lösung für die Fälle, in denen eine Struktur umkreist oder nach gefahren werden soll, ist es nicht nur wichtig zu wissen, bis zu welchem Prozentsatz sich die eingezeichnete Lösung im Lösungsbereich befindet, sondern auch, ob das Objekt eingekreist bzw. nachgefahren wurde. Um dies zu überprüfen, wird um jeden Pixel des Lösungsbereiches ein kreisförmiger Filter gelegt. Dieser kreisförmige Filter dient dazu alle Pixel der eingezeichneten Lösung in der Nähe des Pixels des Musterlösungbereich heraus zu filtern. Es wird kontrolliert, ob sich innerhalb dieses kreisförmigen Bereiches ein Teil der eingezeichneten Lösung befindet. Der Radius dieses kreisförmigen Bereichs orientiert sich dabei an der Größe, die für den Toleranzbereich übergeben wurde. Somit wird für jeden Pixel der Bereich überprüft, der noch zur Lösung gehört.

Die folgende Abbildung zeigt den Lösungsbereich als schwarze Linie, die eingezeichnete Lösung als blaue Linie und der Pixel, der überprüft wird, ist zusammen mit dem zugehörigen Filter rot dargestellt:

Abbildung 4.2: Überprüfung, ob die Linie im Lösungsbereich liegt

Mit dieser Methode kann kontrolliert werden, ob sich die Lösung im Lösungsbereich befindet oder die Lösung eingekreist bzw. die Struktur bis zu einem gewissen Prozentsatz nachgefahren wurde, da für jeden Pixel im Programm errechnet wird, inwieweit sich dieser in der Nähe des Musterlösungsbereiches befindet.Ob ein Punkt der eingezeichneten Lösung innerhalb des Kreises eines Pixels liegt, kann über

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die euklidische Distanz zwischen dem Pixel der eingezeichneten Lösung und dem Pixel der Musterlösung, der in diesem Fall der Mittelpunkt des Kreises ist, berechnet werden. Die euklidische Distanz ergibt sich aus der euklidischen Norm. Die euklidische Norm ist nach Plato [Pla00] definiert als:

|| x ||2=∑k=1

N| x k |

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Nach Tönnis [Tön05] ist die euklidische Distanz definiert als:

De x1, y1 ; x2, y2=| x1− x2 |2| y1− y2 |2

Über die euklidische Distanz wird die kürzeste Distanz zwischen zwei Punkten berechnet. Ist der errechnete Wert kleiner oder gleich dem Radius des Kreises, liegt der Pixel innerhalb des Kreises.

Um zu überprüfen, ob eine Struktur eingekreist oder nachgefahren wurde, wird für jeden Pixel des Lösungsbereiches kontrolliert, ob sich innerhalb des kreisförmigen Filters ein Teil der eingezeichneten Lösung befindet. Anhand der Gesamtzahl an Pixeln im Musterlösungsbereich und dem Anteil an Pixeln der eingezeichneten Lösung, kann der Anteil berechnet werden, bis zu welchem die Struktur umkreist wird.

Für die prozentuelle Berechnung, wird die Zeichenfläche komplett eingelesen und dabei der Anteil der Pixel gespeichert, der sich auf der Zeichenfläche befindet. Während der Überprüfung ob die eingezeichnete Lösung sich im Lösungsbereich befindet, wird gespeichert, wie viele Pixel sich im Lösungsbereich befinden. Anhand dieser Zahlen lässt sich dann der prozentuale Anteil, der sich im Lösungsbereich befindet, bestimmen.

Ist ein Bereich für die Fehlergewichtung (siehe Kapitel 3.4.6) angegeben, werden auch noch die äußeren Toleranzbereiche um jeden Pixel der Lösung überprüft. Wie in Abbildung 4.3 erkennbar ist dabei zu berücksichtigen, dass Punkt P1 den eingezeichnetem Pixel mit dem Wert 0.75 versehen würde, da er im äußeren Toleranzbereich liegt und somit zu 75% als falsch gewichtet wird, dieser eingezeichnete Pixel bei Punkt P2 jedoch noch im innersten Bereich liegt und somit den Wert 0 zugewiesen bekommen würde, da er richtig ist.

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Abbildung 4.3 : Berücksichtigung der Pixelgewichtung

Daher muss sichergestellt werden, dass jedem Pixel der eingezeichneten Lösung ein minimaler Fehlerwert zugewiesen wird.

Beim Einlesen der Bilder wurden zwei Arrays13 angelegt: Das Array eingezeichnet, in dem die Farbwerte an den einzelnen Pixeln gespeichert sind und das Array falsch, das standardmäßig für jeden farbigen Pixel der eingezeichneten Lösung den Wert 1 erhält. Der Wert 1 bedeutet, das der Pixel zu 100 % als falsch gewichtet wird. Äquivalent bedeutet z.B. der Wert 0.5, dass der Pixel zu 50% als falsch gewichtet wird.

Im Folgenden ist ein Ausschnitt aus der Auswertung dargestellt:

13 Array – Eine Datenstruktur

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Auswertung Struktur nachfahren/umkreisen

1 for(i=0; i<musterloesung.length; i++={2 x_start=musterloesung[i][1];3 y_start=musterloesung[i][2];4 for(n=(x_start-toleranz_aussen, n<=(x_start+toleranz_aussen);n++){ 5 for(m=(y_start-toleranz_aussen);m<=(y_start+toleranz_aussen);m++={6 7 if(eingezeichnet[n][m]!=0){8 distanz=Math.round(Math.sqrt(Math.pow(n-x_start)+Math.pow(m-y_start)))9 10 if(distanz<=toleranz_innen){ // Pixel liegt in innerster Kreisfläche11 falsch[n][m]=0;12 durchlauf=true;13 }14 else{15 if(distanz>toleranz_innen && distanz<=toleranz_mitte){ 16 if(0.5 < falsch[n][m]){ 17 falsch[n][m]=0.5; //Pixel liegt in mittlerer Kreisfläche18 durchlauf=true;19 }20 }21 if(distanz>toleranz_mitte && distanz<=toleranz_aussen){22 if(0.75 < falsch[n][m]){23 falsch[n][m]=0.75; //Pixel liegt in äußerster Kreisfläche24 durchlauf=true;25 }26 }27 }28 }29 if(durchlauf==true){30 linie_getroffen++;31 }32 }33 }

Für die Auswertung wird für jeden Pixel der Lösung der Bereich des minimalen Quadrats, in dem der Kreis der äußersten Toleranz liegt, durchsucht. Wird ein eingezeichneter Pixel in diesem Bereich gefunden, so wird seine Distanz zum Pixel der Lösung berechnet. Je nach Größe der Distanz wird dem Pixel im Array falsch ein Fehlerwert zugewiesen. Dabei wird berücksichtigt, dass im Falle eines gegenüber dem aktuellen Fehlerwert im Array falsch liegenden kleineren Wertes, dieser nicht überschrieben wird. Dieses Vorgehen wird auf alle Pixel der Lösung angewendet.

Im weiteren Verlauf der Auswertung werden die Werte des Array falsch aufsummiert und der prozentuale Anteil der falsch eingezeichneten Pixel berechnet. Zusätzlich findet noch die Auswertung statt, inwieweit die Struktur nachgefahren oder umkreist wurde.

Da die Auswertung auf einem Intel Pentium M mit 1,73 Ghz und 1 GB Arbeitsspeicher etwa 4 bis 5 Sekunden benötigt, taucht während der Berechnung eine Statusanzeige auf, die angibt, dass die Anwendung noch am Auswerten ist.

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4.4.2.2 Auswertung Stempel

Die Kontrolle inwieweit eine mit dem Stempelwerkzeug markierte Struktur im Lösungsbereich liegt, gestaltet sich einfacher. Hier werden sowohl die Zeichnung auf der Zeichenfläche als auch die Musterlösung eingelesen und überprüft, bis zu welchem Anteil sich der Stempel innerhalb der Lösungsfläche befindet.

Dazu wird für jeden Pixel der eingezeichneten Lösung geklärt, ob sich an der selben Stelle in der Musterlösung sich auch ein farbiger Pixel befindet. Ist dies der Fall, so wird die Anzahl der richtig eingezeichneten Pixel um eins erhöht. Im anderen Fall wird die Anzahl der falsch eingezeichneten Pixel erhöht. Über die Gesamtzahl der Pixel sowie der Anzahl der richtigen Pixel kann errechnet werden, bis zu welchem Prozentsatz sich der Stempel im Lösungsbereich befindet.

4.5 Helligkeitseinstellung des Bildes

Es ist davon auszugehen, dass die Nutzer der Übungen unterschiedliche Monitore besitzen und sich somit auch die Bildhelligkeit unterscheidet. Zusätzlich kann die Darstellung der Bilder auf dem Monitor durch äußere Einflüsse wie z.B. Sonneneinstrahlung, verschlechtert werden. Um das Erkennen von Strukturen allerdings für jeden Nutzer möglichst einfach zu gestalten, wird eine Funktion implementiert, mit der die Helligkeit des Bildes verstellt werden kann.

4.5.1 RGB Farbraum

Die Farben der Bilder stammen aus dem RGB Farbraum. Der RGB Farbraum wird von den Farben Rot, Grün und Blau aufgespannt.

Der Farbraum lässt sich durch einen Würfel in einem Koordinatensystem darstellen. Dabei sind die Achsen die Farben, die den Farbraum aufspannen.

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Abbildung 4.4 : RGB – Farbwürfel in 3D und die entfalteten Seiten des Würfels (aus: [Shi05])

Jede Farbkomponente wird durch ein Byte14 codiert. Über dieses Byte können anstelle von Fließkommazahlen zwischen 0 und 1 Werte zwischen 0 und 255 übergeben werden. [Kla05]

Sind alle Komponenten mit dem Maximalwert belegt, so ergibt sich weiß. Sind hingegen alle Farbkomponenten auf Null gesetzt, so ergibt sich schwarz. Die Farben auf der diagonalen Verbindung von Schwarz (0,0,0) nach Weiß (255, 255, 255) bilden die 256 Grauwerte. Alle Grauwerte haben gemeinsam, dass die einzelnen Farbkomponenten jeweils zum gleichen Anteil vertreten sind.

4.5.2 Implementierung der Helligkeitsregelung

Röntgenbilder bestehen für gewöhnlich aus Graustufen, die auf der Diagonalen des Würfels des RGB Farbraums liegen. Um eine Farbe, die auf der Diagonalen des RGB Farbraums liegt heller darzustellen, wird ein Offset auf alle Farbkanäle addiert. Die Farbe ist dadurch näher am Weißpunkt.

Für Farben, die nicht auf der Diagonalen des RGB Farbraumes liegen, funktioniert diese Methode nicht exakt. In diesem Fall muss zur Erhöhung der Helligkeit zunächst in einen anderen geeigneten Farbraum wie z.B. HSV umgerechnet werden, da die Farben im RGB Farbmodell nicht intuitiv in ihrer Helligkeit verändert werden können [Kla05]. Farben aus dem HSV Farbraum bestehen aus den Komponenten Farbton (engl. hue), Sättigung (engl. saturation) und Helligkeit (engl. value).

14 Byte – 8 Bit

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In diesem Farbraum kann die Helligkeitskomponente erhöht und die neu berechnete Farbe wieder in den RGB Farbraum umgerechnet werden. In der Anwendung wurde nur die Helligkeitsregelung für Graustufenbilder implementiert, da die exakte Methode eine nicht akzeptabele Laufzeit besitzt, um ein komplettes Bild in der Helligkeit zu erhöhen. Die Helligkeitsregelung funktioniert auch für Farbbilder und liefert akzeptable, jedoch keine exakten Ergebnisse.

In Flash existieren spezielle Matrizen zum manipulieren der Farbwerte eines Bildes [Chu05]. Die Identitätsmatrix der 4x5 ColorMatrixFilter Matrizen ist wie folgt aufgebaut:

ColorMatrixFilter R G B A OFF

RGBA

[1000 0100

0010

0001

0000]

Abbildung 4.5 : ColorMatrixFilter Identitätsmatrix [Chu05]

Die Werte in der ersten Zeile der Matrix repräsentieren die Rot-Werte, die zweite Zeile die Grün-Werte, die dritte Zeile die Blau-Werte und die letzte Zeile schließlich die Alpha-Werte. Die ersten vier Spalten werden multipliziert, die fünfte Spalte stellt den Offset dar, der auf die Farbwerte addiert wird. Über diesen Offset lassen sich die Helligkeitswerte der Farbe erhöhen bzw. verringern. Zum Erhöhen der Helligkeit werden der Offset des Rot-, Grün- und Blaukanals gleichmäßig erhöht. Zum Abdunkeln des Bildes wird der Offset dieser Kanäle mit einer negativen Zahl belegt.

Diese Matrix wird auf jeden Pixel des Bildes angewendet, um die Helligkeit zu erhöhen. Der Faktor, um den die Helligkeit erhöht oder verringert wird, wird über zwei Schaltflächen gesteuert.

4.6 Integration in die LernBar

Wie in Kapitel 3.3 erläutert gehört zur Integration in die LernBar unter anderem die Kommunikation mit dem LernBar Player zur Speicherung der Ergebnisse. Die Kommunikation findet über zwei Local Connections statt. Die eine dient zum Empfangen, die andere zum Versenden von Daten. Über die Local Connection die zum Senden dient, wird im LernBar Player eine Funktion getQuestionStatus aufgerufen. Dieser Aufruf veranlasst den LernBar Player dazu, in der Anwendung über die Local Connection zum Empfangen die Funktion setQuestionStatus aufzurufen.

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Kommunikation mit dem LernBar Player: Empfangen von Daten

1 var snd_lc:LocalConnection;2 var rcv_lc:LocalConnection;34 snd_lc=new LocalConnection();5 rcv_lc=new LocalConnection();67 snd_lc.send(„navigator“, „getQuestionStatus“);89 rcv_lc.connect(„questionStatus“);10 rcv_lc.setQuestionStatus=function(questionStatus:Object){11 setStatus(questionStatus);12 }

Das Senden der Daten erfolgt über die Local Connection zum Senden und ruft im LernBar Player die Funktion setQuestionStatus auf und übergibt dieser in Form eines Objects die Daten.

Zum Senden der Dateien an den LernBar Player wird folgender Befehl benutzt:

Kommunikation mit dem LernBar Player: Senden von Daten

1 snd_lc.send("navigator", "setQuestionStatus", _user);

Zusätzlich wurde eine Funktion implementiert, die die empfangenen Daten verarbeitet. Es werden z.B. die Anzahl der bisher getätigten Versuche gespeichert. Dadurch ist es möglich, die Anzahl der Versuche einer Übung zu berschränken. Sobald der Studierende später zur entsprechenden Seite wieder zurückkehrt, wird die Anzahl der bisher getätigten Versuche beim LernBar Player erfragt und entsprechend von der Anwendung verwertet.

Die Einstellungen zu einer Übung werden über eine XML Datei übergeben. Die geplante Integration dieser Anwendung in das LernBar Studio wird künftig die direkte Erstellung von Übungen im LernBar Studio ermöglichen. Die Struktur der XML Datei orientiert sich dabei an der interactive.xml Datei, die innerhalb der LernBar Kurse für andere Übungsfragen benutzt wird.

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Struktur der interactive.xml:

<?xml version="1.0" encoding="windows-1250"?>

<interactive><exercise>

<question triesBeforeShowSolution=““ pic=““ picSolution=““

tries=““ intro=““ tip=““ title=““ type=““ points=““ tolerance=““ toleranceSolution=““ toleranceError=““ encircled=““ pencolor=““ pensize=““ markcolor=““

marksize=““ circlecolor=““ circlesize=““>

</question>

</exercise></interactive>

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In der XML Datei können folgende Einstellungen getroffen werden:

Parameter FunktionTriesBeforeShowSolution Hier wird eine Zahl erwartet, die angibt, nach wie vielen

Versuchen die Lösung über eine Schaltfläche angezeigt werden kann. Wird keine Zahl angegeben, so wird diese Schaltfläche nicht aktiviert.

pic Erwartet wird hier die Adresse und der Name des Aufgabenbildes.

picSolution Hier kann, falls nicht im Flash Template direkt angegeben, eine Bild Datei mit transparentem Hintergrund übergeben werden, in der der Lösungsbereich eingezeichnet ist.

tries Über diesen Parameter kann die Anzahl der Versuche übergeben werden, die insgesamt zur Verfügung stehen.

intro Über intro kann eine Überschrift übergeben werden.tip Falls ein Tip zur Aufgabe vorgegeben werden soll, so wird er

über diesen Parameter übergebentitle Über den Parameter title wird der Text der Aufgabenstellung

übergeben.points Parameter für die Punktezahl, die erreicht werden kann.tolerance Über den Parameter tolerance wird die Größe des Bereiches

um den eingezeichneten Lösungsbereich übergeben, in dem eine eingezeichnete Lösung noch als korrekt gewertet wird.

toleranceSolution Eine Prozentsatz, in dem die Lösung noch als korrekt gewertet wird.

type Typ der Aufgabe: „line“ für Struktur nachfahren, „encircle“ für Struktur umkreisen und „mark“ für Stempel Aufgabe.

toleranceError ToleranceError übergibt die Größe des Bereichs für die Fehlergewichtung. Wird kein Wert übergeben, so gibt es keine Fehlergewichtung.

encircled Übergibt die Toleranz für den geschlossenen Linienzug in Pixeln.

pencolor Übergibt die Farbe des Stiftwerkzeuges als Hexadezimalwert.pensize Übergibt die Linienbreite des Stiftwerkzeugs.markcolor Übergibt die Farbe des Stempelwerzeugs als Hexadezimalwert.marksize Übergibt die Breite des quadratischen Stempels in Pixel.circlecolor Übergibt die Farbe des aufziehbaren Kreises.circlesize Übergibt die Linienbreite des aufziehbaren Kreises.

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4.7 Screenshots der Anwendung

Im Folgenden sind einige Screenshots der fertigen Anwendung zu sehen.

Abbildung 4.6: Screenshot „Nachfahren einer Struktur“

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Abbildung 2.7: Screenshot „Markieren mit Stempel“

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Kapitel 5 – Zusammenfassung & Ausblick

Dieses Kapitel bietet einen Ausblick, welche Möglichkeiten bestehen, Funktionen zu ergänzen oder die Anwendung in andere Lernplattformen zu integrieren.

5.1 Zusammenfassung

Zu Anfang dieser Arbeit wurde dargestellt, welche Anwendungen im Bereich der Radiologie bereits existieren, um die Kompetenz der korrekten Interpretation von Bildinformationen zu Trainieren und zu Prüfen. Diese Analyse ergab, dass bei einigen Funktionalitäten noch Entwicklungsbedarf besteht. Hierzu gehörte unter anderem das Markieren von Strukturen im Bild selbst und die anschließende Überprüfung auf Richtigkeit. Die Ergebnisse waren der Ausgangspunkt für das Konzept auf dem die Anwendung aufbaut und seine anschließende Implementierung.

Anschließend wurde betrachtet, welche Anforderungen die Aufgaben an das Bildmaterial stellen. Aufgrund dieser Analyse wurde fest gestellt, dass drei verschiedene Aufgabenszenarien existieren: Nachfahren einer Struktur, Einkreisen einer Struktur und Markieren durch einen Stempel. Diese Aufgabenszenarien erfordern verschiedene Zeichenwerkzeuge und Hilfsfunktionen, wie ein Stiftwerkzeug, ein Stempelwerkzeug, einen aufziehbaren Kreis, eine Zoomfunktion sowie eine Funktion zum Verstellen der Helligkeit.

Die verschiedenen Szenarien stellen auch verschiedene Anforderungen an die Lösungsbereiche. Diese wurden im Konzept dargestellt und eine Fehlerwertung erläutert. Der Lösungsbereich wird dabei vom Übungsersteller eingezeichnet. In den Aufgabenszenarien Nachfahren bzw. Einkreisen einer Struktur wird die Lösung durch eine Musterlösung vom Übungsersteller eingezeichnet und ein Toleranzbereich in Pixeln angegeben. Die eingezeichnete Lösung der Studierenden darf dann von der Musterlösung um die Anzahl der jeweils angegebenen Pixel abweichen. Bei dem Aufgabentyp Markieren mit Stempel wird vom Kursersteller eine gefüllte Fläche angegeben, innerhalb derer der von den Studierenden gesetzte Stempel als korrekt gewertet wird.

Zusätzlich wurde eine Fehlergewichtung eingeführt, die optional die falsch eingezeichneten Pixel außerhalb des Lösungsbereiches aufgrund ihrer Distanz zur Musterlösung gewichtet. Hierbei wird dem Übungsersteller überlassen, ob eine Fehlergewichtung stattfinden soll und wie groß die Bereiche zur Fehlergewichtung sein sollen.

Die Auswertung für die verschiedenen Aufgabenszenarien wurden schließlich im-

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plementiert. Die Integration in die LernBar wurde realisiert, in dem die Anwendung zur Speicherung von Zwischenergebnissen mit dem LernBar Player kommuniziert. Zusätzlich ist es möglich Daten aus einer XML Datei entgegen zu nehmen, was für eine spätere Integration in das LernBar Studio von Bedeutung ist.

5.2 Ausblick: Wizard15

Die Erstellung eines Wizards, der ins LernBar Studio eingebunden werden soll, bietet die Möglichkeit, Übungen zu erstellen, ohne das der Übungsersteller Kenntnisse in Flash benötigt, da alle relevanten Einstellungen dem Wizard übergeben werden können. Der Wizard kann ähnlich wie der bereits integrierte Question Wizard, der bei der Erstellung der Fragetypen, wie Multiple Choice, Single Choice und Ranking, hilft, im LernBar Studio die Übungen direkt erstellen und in die entsprechenden Kursseiten integrieren.

15 Wizard - Assistent bei der Erstellung des Programms

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Literaturverzeichnis

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Anhang A - DVD

Auf der DVD befindet sich sowohl das Flash Template zur Anwendung als auch ein mit dem LernBar Studio erstellter Beispielkurs, der die verschiedenen Möglichkeiten der Anwendung demonstriert.

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