Blatt 3. Die Liste für die Bilder müssen wir doch nicht selber programmieren, oder?

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1 Praktikum Medizinische Bildverarbeitung in C#: Volume-Rendering Technische Universität München / Lehrstuhl Informatik IX WS 2004/05 Dr. Michael Roth Prof. Dr. Bernd Radig Aufgabe 12 Blatt 3 Medizinische Bilddaten, die während einer Computertomographie (CT) oder einer Kernspin-/Magnetresonanztomographie (MRT) erzeugt werden, stellen in der Regel ein Volumen dar, welches durch einen Stapel von Einzelbilder repräsentiert wird. Jedes dieser Einzelbilder entspricht dabei einem Schnitt durch das Volumen. In dieser und den nächsten Aufgaben geht es nun darum, das Programm so zu erweitern, dass mehrere Bilder eingelesen werden können und in einer eigenen Volumenklasse gekapselt werden. Erweitern Sie Ihr Projekt um eine Klasse DicomVolume, welche eine Liste von DicomImages enthält und diese mittels der folgenden Methode einliest: public void Load( string[] filenames, VolumeRendering observer )... Das Array filenames enthält dabei die Datei-Namen der einzelnen Schichtbilder. Sobald ein DicomImage aus einer Datei gelesen wurde, wird ShowImage(Bitmap bitmap) für observer aufgerufen. Diese Methode müssen Sie in VolumeRendering implementieren. Sie setzt die dargestellte Bitmap in VolumeRendering und löst ein Neuzeichnen des Forms aus. OpenFileDialog kann über Properties so konfiguriert werden, dass eine Mehrfachauswahl von Dateien mittels der Kombination der Maustasten und der Shift- Taste möglich wird. Diese Eigenschaft können Sie in Ihrer OnLoadImage()-Methode verwenden, um das filenames-array zu erzeugen. Im Netzwerk-Verzeichnis \\atradig80\proj\programmierung in C#\Volumes stehen Ihnen Dicom-Volumendaten für Tests zur Verfügung. Bitte kopieren Sie die Daten dabei nicht in Ihr Profil - Ihr Programm sollte stattdessen dieses Verzeichnis direkt verwenden, z.b. als Startverzeichnis für den OpenFileDialog. Darüberhinaus verwenden Sie bitte zum Transport der umfangreichen Daten auf einen anderen Rechner (z.b. nach Hause) nicht die Subversion-Versionskontrolle, sondern den dafür vorgesehenen Download auf der folgenden Seite: www9.in.tum.de/praktika/praktcsharpmedbv.ws04/ Im Übrigen sollten Sie auch den Menüpunkt und OnLoadImage() umbenennen, um der neuen Funktionalität gerecht zu werden. Die Liste für die Bilder müssen wir doch nicht selber programmieren, oder? Der Namensraum System.Collections enthält eine geeignete Klasse für Listen mit dem Namen ArrayList. Eine ArrayList verwaltet ein Array von Elementen vom Typ object, an das neue Objekte hinzugefügt oder aus dem Objekte entfernt werden können. object ist dabei die implizite Basisklasse von allen Klassen, d.h. jede Klasse ist in C# grundsätzlich immer von object abgeleitet, auch wenn dies bei der Deklaration der Klasse nicht angegeben wird. Da eine ArrayList nur objects verwaltet und nicht DicomImages, muss später bei Zugriff auf die Elemente der ArrayList ein Cast von object nach DicomImage erfolgen. Seite 1 von 5

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3 Aufgabe 13 Die Verwendung von VolumeRendering als Typ des zweiten Parameters der Load()- Methode aus Aufgabe 12 ist ungünstig, weil dadurch die Wiederverwendbarkeit der DicomVolume-Klasse extrem eingeschränkt wird. Es wird dadurch vorausgesetzt, dass jedes Programm, welches DicomVolume verwendet auch eine ShowImage()-Methode innerhalb einer VolumeRendering-Klasse besitzt. In dieser Aufgabe wird dieses Problem nun durch die Verwendung von so genannten Interfaces gelöst. Ersetzen Sie die Verwendung von VolumeRendering als Typ des observer- Parameters in der Load()-Methode von DicomVolume durch ein Interface IVolumeLoadObserver, welches festlegt, dass eine Methode ShowImage(Bitmap bitmap) implementiert werden muss. Das Programm soll nach Bearbeitung dieser Aufgabe dieselbe Funktionalität wie zuvor haben. Was sind Interfaces? Durch Interfaces (Schnittstellen) kann eine Menge von zusammengehörigen Operationen gruppiert werden, allerdings ohne dabei festzulegen, wie diese implementiert werden. Die Implementierung eines Interfaces erfolgt in einer abgeleiteten Klasse. Diese muss für alle von dem Interface verlangten Methoden entsprechende Methodenrümpfe bereitstellen. Beispiel: public interface IArithmeticOperation int Evaluate( int i, int j ); implementiert public class Addition: IArithmeticOperation public int Evaluate ( int i, int j ) return i + j ; public class Subtraktion: IArithmeticOperation public int Evaluate ( int i, int j ) return i - j ; In obigem Diagramm wird ein Interface IArithmeticOperation deklariert, das festlegt, dass jede Implementierung dieser Schnittstelle eine Methode der Form int Evaluate( int i, int j ); enthält. Die Klassen Addition und Subtraktion leiten von der Schnittstelle IArithmeticOperation ab und zeigen damit an, dass sie diese Schnittstelle implementieren. Damit müssen beide Klassen nun eine Evaluate-Methode bereitstellen, welche die für die jeweilige Klasse spezielle Operation vornimmt. Die Verwendung von Interfaces geschieht analog zur Verwendung von Klassen: void ApplyOperation( IArithmeticOperation op, int a, int b ) Console.WriteLine( Ergebnis: + op.evaluate( a, b) ); Bei dem Aufruf obiger Methode sind nun Objekte der Klasse Addition und Subtraktion für den ersten Parameter austauschbar verwendbar und steuern das Verhalten von ApplyOperation(). Welche Implementierung von Evaluate() ausgeführt wird, wird erst zur Laufzeit des Programms in Abhängigkeit von dem verwendeten Objekt entschieden. Seite 3 von 5

4 Wieviele Interfaces kann eine Klasse implementieren? Wie in Java können auch in C# beliebig viele Schnittstellen geerbt werden, die dann durch ein Komma getrennt in der Ableitungsliste angegeben sind: class MyClass: BaseClass, Interface1, Interface2, Falls zusätzlich auch von einer Klasse abgeleitet wird (wie im obigen Beispiel von BaseClass), muss diese als erstes Element in der Ableitungsliste stehen. Mehrfachvererbung von Klassen ist auch in C# nicht möglich. Aufgabe 14 Es wäre besser, wenn die Bilder während des Einlesens des Volumens in einem separaten Fenster dargestellt werden und nicht im Hauptfenster. Erzeugen Sie deshalb eine neue Klasse BitmapForm die von Form abgeleitet ist und die Schnittstelle IVolumeLoadObserver implementiert. Die dargestellte Bitmap soll über void SetBitmap( Bitmap bitmap ) gesetzt werden können. Für die eigentliche Anzeige der Bitmap können sie die Klasse PictureBox aus dem Namensraum System.Windows.Forms verwenden. Durch eine geeignete Wahl für die Werte der Properties von PictureBox kann man festlegen, dass das Bild die PictureBox ausfüllt und nicht an den Fenstergrenzen abgeschnitten wird. Erzeugen und verwenden Sie einen BitmapForm für die Anzeige während des Ladens. Wie kann man eine PictureBox mit einem Form kombinieren? Die Fenster werden vom.net-framework in einer baumartigen Struktur verwaltet. Ein Fenster kann mehrere Kind-Fenster enthalten, auf die mittels der Property Controls der Klasse Control zugegriffen werden kann. (Control ist die Basisklasse aller Fenster im.net-framework, also auch der Klasse Form.) Das Einhängen eines Fensters in die Controls-Liste mittels der Methode Add() macht dieses zum Kind-Fenster des Fensters, dessen Controls-Property verwendet wird. Wie kann man festlegen, dass die PictureBox immer den Form ausfüllt? Die Basisklasse aller Fenster Control besitzt eine Property Dock, die festlegt wie diese Fenster bezüglich dem Vaterfenster gelayoutet wird. Der Wert DockStyle.Fill legt fest, dass das gesamte Vaterfenster durch das Kindfenster ausgefüllt wird. Seite 4 von 5

5 Aufgabe 15 Es ist nicht schön, dass unser Programm während des Einlesens nicht mehr reagiert, so ist es z.b. nicht mehr möglich, das Fenster des BitmapForm zu verschieben. Eine typische Abhilfe für Probleme dieser Art sind Threads, d.h. leichtgewichtige parallele Programmabläufe. Wandeln Sie ihre Hauptklasse VolumeRendering so um, dass das Einlesen des Volumens in einem separaten Thread erfolgt. Stellen Sie sicher, dass es nicht möglich ist, zwei derartige Threads gleichzeitig zu starten und dass bei Programmende alle Threads beendet werden. Vergessen Sie dabei nicht, dass Ihr Programm auch anders als über das Menü beendet werden kann! Wie funktioniert Threading in C#? Für einen Thread benötigen Sie die Klasse Thread aus dem Namensraum System.Threading. Diese kapselt einen eigenen Thread und bietet daneben auch weitere Methoden für das Starten und Beenden dieses Threads an. Im Konstruktor von Thread müssen Sie zusätzlich noch den Code angeben, der innerhalb des Threads ausgeführt wird. Dies geschieht durch die Verwendung der Klasse ThreadStart, deren Konstruktor Sie eine (parameterlose!) Methode übergeben können: Thread t = new Thread( new ThreadStart( WorkingMethod ) ); Sobald die Methode WorkingMethod wieder verlassen wird, ist der Thread automatisch beendet. Warum reagiert der BitmapForm immer noch nicht, obwohl ein separater Thread verwendet wird? Das Problem ist hier, dass der BitmapForm von dem Thread verwaltet wird, in dem auch seine Show()-Methode aufgerufen wurde. Damit das Fenster reaktionsfähig ist, darf dies nicht im Arbeitsthread für das Einlesen der Bilder geschehen. Aufgabe 16 Um den Code besser zu strukturieren bietet es sich an, die für das Einlesen des Volumens zuständigen Klassen (DicomStream, DicomImage und DicomVolume) in einem eigenen Namensraum Volume zusammenzufassen. Erzeugen Sie dazu in Ihrem Projekt unter SharpDevelop einen neuen Ordner Volume, in den Sie die entsprechenden Quelldateien verschieben. Der Namensraum entsteht, indem Sie Ihre Klassen mittels namespace Volume <Definition der Elemente des Namensraum, also die Klassen, Voranstellen von public oder private vor die Klassendeklaration regelt die Sichtbarkeit von außerhalb des Namensraums> zu dem Namensraum Volume zuordnen. Alles innerhalb der geschweiften Klammern gehört dann zu diesem Namensraum. Dieses Konstrukt kann mehrmals in Ihrem Projekt auftauchen, so dass auch mehrere Klassen in verschiedenen Dateien einem Namensraum zugeordnet werden können. Seite 5 von 5