files added, compute modified

compute.py

@@ -128,6 +128,12 @@ def project_ortho(point: tuple[float, float, float], scale: float = 1.0) -> tupl
     x, y, z = point
     return (x * scale, y * scale)
 
+def project_perspective(point: tuple[float, float, float], distance: float = 200.0, scale: float = 1.0) -> tuple[float, float]:
+    """Projiziert einen 3D-Punkt perspektivisch auf eine 2D-Fläche."""
+    x, y, z = point
+    # Verhindert Division durch 0, falls z genau bei -distance liegt
+    factor = distance / (distance + z) if (distance + z) != 0 else 1.0
+    return (x * factor * scale, y * factor * scale)
 
 if __name__ == "__main__":
     a = [[1, 2, 3], [4, 5, 6]]

test/test_matrixmania/test_perspective.py

@@ -0,0 +1,14 @@
+import pytest
+from compute import project_perspective
+
+
+def test_project_perspective_default():
+    # Arrange
+    point = (100.0, 100.0, 100.0)
+    distance = 200.0
+
+    # Act
+    result = project_perspective(point, distance=distance, scale=1.0)
+
+    # Assert: factor = 200 / (200 + 100) = 200 / 300 = 2/3
+    assert result == (100.0 * (2 / 3), 100.0 * (2 / 3))

wuerfel/install_dependencies.py

@@ -0,0 +1,146 @@
+#!/usr/bin/env python3
+"""Installiert die Abhängigkeiten aus pyproject.toml in die aktuelle Python-Umgebung.
+
+Ersatz für "Install requirements" aus PyCharm, wenn das Projekt eine pyproject.toml
+statt einer requirements.txt hat. Kein Build, keine besondere Projektstruktur nötig,
+nur Standardbibliothek (Python >= 3.11).
+
+Benutzung:
+  In PyCharm: Rechtsklick auf diese Datei -> Run 'install_dependencies'
+  Im Terminal (venv aktiv): python install_dependencies.py
+
+Ohne Parameter wird ALLES installiert:
+  [project].dependencies + alle [project.optional-dependencies] + alle [dependency-groups]
+
+Abweichendes Verhalten:
+  python install_dependencies.py --extra dev        nur Basis + Extra "dev"
+  python install_dependencies.py --group test       nur Basis + Gruppe "test"
+  python install_dependencies.py --no-main --group dev
+  python install_dependencies.py --list             nur anzeigen, nichts installieren
+  python install_dependencies.py --write            requirements.txt schreiben statt installieren
+  python install_dependencies.py --write -o reqs.txt
+"""
+from __future__ import annotations
+
+import sys
+
+if sys.version_info < (3, 11):
+    sys.exit("Dieses Skript braucht Python 3.11 oder neuer (tomllib). "
+             f"Aktuell: {sys.version.split()[0]}")
+
+import argparse
+import subprocess
+import tempfile
+import tomllib
+from pathlib import Path
+
+PROJECT_DIR = Path(__file__).resolve().parent
+
+
+def resolve_group(groups: dict, name: str, seen: set[str] | None = None) -> list[str]:
+    """Löst eine Dependency-Group inkl. {include-group = "..."} rekursiv auf."""
+    seen = set() if seen is None else seen
+    if name in seen:
+        raise ValueError(f"Zyklische include-group: {name}")
+    if name not in groups:
+        raise KeyError(f"Dependency-Group '{name}' nicht gefunden")
+    seen.add(name)
+    result: list[str] = []
+    for entry in groups[name]:
+        if isinstance(entry, str):
+            result.append(entry)
+        elif isinstance(entry, dict) and "include-group" in entry:
+            result.extend(resolve_group(groups, entry["include-group"], seen))
+    return result
+
+
+def collect(data: dict, extras: list[str], groups: list[str], no_main: bool) -> list[str]:
+    project = data.get("project", {})
+    optional = project.get("optional-dependencies", {})
+    dep_groups = data.get("dependency-groups", {})
+    deps: list[str] = []
+
+    if not no_main:
+        deps.extend(project.get("dependencies", []))
+    for extra in extras:
+        if extra not in optional:
+            raise KeyError(f"Optional-Dependency '{extra}' nicht gefunden")
+        deps.extend(optional[extra])
+    for group in groups:
+        deps.extend(resolve_group(dep_groups, group))
+
+    # Duplikate entfernen, Reihenfolge behalten
+    return list(dict.fromkeys(d.strip() for d in deps if d.strip()))
+
+
+def main() -> int:
+    p = argparse.ArgumentParser(description=__doc__, formatter_class=argparse.RawDescriptionHelpFormatter)
+    p.add_argument("-p", "--pyproject", type=Path, default=PROJECT_DIR / "pyproject.toml",
+                   help="Pfad zur pyproject.toml (Standard: neben diesem Skript)")
+    p.add_argument("--extra", action="append", default=None,
+                   help="nur diese optional-dependencies (mehrfach möglich)")
+    p.add_argument("--group", action="append", default=None,
+                   help="nur diese dependency-groups (mehrfach möglich)")
+    p.add_argument("--no-main", action="store_true", help="[project].dependencies weglassen")
+    p.add_argument("--list", action="store_true", help="Abhängigkeiten nur anzeigen")
+    p.add_argument("--write", action="store_true", help="requirements-Datei schreiben statt installieren")
+    p.add_argument("-o", "--output", type=Path, default=PROJECT_DIR / "requirements.txt",
+                   help="Zieldatei für --write")
+    args = p.parse_args()
+
+    if not args.pyproject.exists():
+        print(f"{args.pyproject} nicht gefunden", file=sys.stderr)
+        return 1
+    data = tomllib.loads(args.pyproject.read_text(encoding="utf-8"))
+    all_extras = list(data.get("project", {}).get("optional-dependencies", {}))
+    all_groups = list(data.get("dependency-groups", {}))
+
+    # Ohne --extra/--group: alles. Mit einem davon: nur das Gewählte.
+    selective = args.extra is not None or args.group is not None
+    extras = (args.extra or []) if selective else all_extras
+    groups = (args.group or []) if selective else all_groups
+
+    try:
+        deps = collect(data, extras, groups, args.no_main)
+    except (KeyError, ValueError) as e:
+        print(f"Fehler: {e.args[0]}", file=sys.stderr)
+        print(f"  Vorhandene --extra: {', '.join(all_extras) or '(keine)'}", file=sys.stderr)
+        print(f"  Vorhandene --group: {', '.join(all_groups) or '(keine)'}", file=sys.stderr)
+        return 1
+
+    parts = ([] if args.no_main else ["Basis"]) + [f"extra:{e}" for e in extras] + [f"group:{g}" for g in groups]
+    print(f"Auswahl: {', '.join(parts) or '(nichts)'}")
+
+    if args.list:
+        print("\n".join(deps) or "(keine Abhängigkeiten)")
+        return 0
+
+    content = f"# Automatisch erzeugt aus {args.pyproject.name} – nicht von Hand bearbeiten\n" + "\n".join(deps) + "\n"
+
+    if args.write:
+        args.output.write_text(content, encoding="utf-8")
+        print(f"{len(deps)} Abhängigkeiten -> {args.output}")
+        return 0
+
+    if not deps:
+        print("Keine Abhängigkeiten gefunden – nichts zu tun.")
+        return 0
+
+    if sys.prefix == sys.base_prefix:
+        print("WARNUNG: Es ist kein virtuelles Environment aktiv – es wird in die globale "
+              f"Python-Installation installiert:\n  {sys.prefix}", file=sys.stderr)
+        if sys.stdin.isatty() and input("Trotzdem fortfahren? [j/N] ").strip().lower() not in ("j", "ja", "y", "yes"):
+            return 1
+
+    with tempfile.NamedTemporaryFile("w", suffix=".txt", delete=False, encoding="utf-8") as tmp:
+        tmp.write(content)
+        tmp_path = Path(tmp.name)
+    try:
+        print(f"Installiere {len(deps)} Abhängigkeiten in {sys.prefix}\n")
+        return subprocess.call([sys.executable, "-m", "pip", "install", "-r", str(tmp_path)])
+    finally:
+        tmp_path.unlink(missing_ok=True)
+
+
+if __name__ == "__main__":
+    raise SystemExit(main())

wuerfel/main.py

@@ -0,0 +1,5 @@
+from spiel.cube_game import CubeGame
+
+if __name__ == "__main__":
+    game = CubeGame()
+    game.run()

wuerfel/pyproject.toml

@@ -0,0 +1,9 @@
+[project]
+name = "wuerfel"
+version = "0.1.0"
+dependencies = [
+    "pygame-ce",
+]
+
+[project.optional-dependencies]
+dev = ["pytest", "ruff", "pytest-cov"]

wuerfel/spiel/compute.py

@@ -0,0 +1,145 @@
+"""Compute operations for matrices.
+
+This module provides public functions for matrix multiplication, transposition,
+matrix rotation, and generating 2D and 3D rotation matrices as well as projections.
+"""
+
+from __future__ import annotations
+
+import math
+from typing import List
+
+
+def matmul(
+        matrix_a: List[List[float]], matrix_b: List[List[float]]
+) -> List[List[float]]:
+    """Multiply two 2D matrices.
+
+    Both matrices are expected to be non‑empty and to have consistent row
+    lengths. The number of columns in ``matrix_a`` must equal the number of
+    rows in ``matrix_b``.
+
+    Args:
+        matrix_a: A matrix of shape (m, n) represented as a list of m rows.
+        matrix_b: A matrix of shape (n, p) represented as a list of n rows.
+
+    Returns:
+        A new matrix of shape (m, p) containing the product ``matrix_a @ matrix_b``.
+
+    Raises:
+        ValueError: If either matrix is empty or dimensions do not match.
+    """
+    if not matrix_a or not matrix_b:
+        raise ValueError("Input matrices must not be empty.")
+
+    n_cols_a = len(matrix_a[0])
+
+    if any(len(row) != n_cols_a for row in matrix_a):
+        raise ValueError("All rows of matrix_a must have the same number of columns.")
+
+    n_rows_b = len(matrix_b)
+
+    if n_cols_a != n_rows_b:
+        raise ValueError(
+            f"Matrix dimension mismatch: matrix_a columns {n_cols_a} != matrix_b rows {n_rows_b}"
+        )
+
+    n_cols_b = len(matrix_b[0])
+
+    if any(len(row) != n_cols_b for row in matrix_b):
+        raise ValueError("All rows of matrix_b must have the same number of columns.")
+
+    result: List[List[float]] = []
+    for i in range(len(matrix_a)):
+        row: List[float] = []
+        for j in range(n_cols_b):
+            elem = sum(matrix_a[i][k] * matrix_b[k][j] for k in range(n_cols_a))
+            row.append(elem)
+        result.append(row)
+
+    return result
+
+
+def transpose(matrix: List[List[float]]) -> List[List[float]]:
+    """Return the transpose of a 2D matrix."""
+    if not matrix:
+        raise ValueError("Cannot transpose an empty matrix.")
+
+    n_rows = len(matrix)
+    n_cols = len(matrix[0])
+
+    if any(len(row) != n_cols for row in matrix):
+        raise ValueError("All rows of the matrix must have the same number of columns.")
+
+    return [[matrix[i][j] for i in range(n_rows)] for j in range(n_cols)]
+
+
+def rotate_clockwise(matrix: List[List[float]]) -> List[List[float]]:
+    """Rotate a square matrix 90 degrees clockwise."""
+    if not matrix:
+        raise ValueError("Cannot rotate an empty matrix.")
+
+    n_cols = len(matrix[0])
+    if any(len(row) != n_cols for row in matrix):
+        raise ValueError("All rows of the matrix must have the same number of columns.")
+
+    transposed = transpose(matrix)
+    return [row[::-1] for row in transposed]
+
+
+def rot_2D(theta: float) -> List[List[float]]:
+    """Return the 2D rotation matrix for a given angle in degrees."""
+    rad = math.radians(theta)
+    c = math.cos(rad)
+    s = math.sin(rad)
+    return [[c, -s], [s, c]]
+
+
+def rot_3D(angle: float, axis: str) -> list[list[float]]:
+    """Erzeugt eine 3D-Rotationsmatrix um die angegebene Achse ('x', 'y' oder 'z')."""
+    rad = math.radians(angle)
+    c, s = math.cos(rad), math.sin(rad)
+
+    axis = axis.lower()
+    if axis == 'x':
+        return [
+            [1.0, 0.0, 0.0],
+            [0.0, c, -s],
+            [0.0, s, c]
+        ]
+    elif axis == 'y':
+        return [
+            [c, 0.0, s],
+            [0.0, 1.0, 0.0],
+            [-s, 0.0, c]
+        ]
+    elif axis == 'z':
+        return [
+            [c, -s, 0.0],
+            [s, c, 0.0],
+            [0.0, 0.0, 1.0]
+        ]
+    else:
+        raise ValueError("Achse muss 'x', 'y' oder 'z' sein.")
+
+
+def project_ortho(point: tuple[float, float, float], scale: float = 1.0) -> tuple[float, float]:
+    """Projiziert einen 3D-Punkt orthogonal auf eine 2D-Ebene und skaliert ihn."""
+    x, y, z = point
+    return (x * scale, y * scale)
+
+def project_perspective(point: tuple[float, float, float], distance: float = 200.0, scale: float = 1.0) -> tuple[float, float]:
+    """Projiziert einen 3D-Punkt perspektivisch auf eine 2D-Fläche."""
+    x, y, z = point
+    # Verhindert Division durch 0, falls z genau bei -distance liegt
+    factor = distance / (distance + z) if (distance + z) != 0 else 1.0
+    return (x * factor * scale, y * factor * scale)
+
+if __name__ == "__main__":
+    a = [[1, 2, 3], [4, 5, 6]]
+    b = [[7, 8], [9, 10], [11, 12]]
+
+    print("matmul(a, b):", matmul(a, b))
+    print("transpose(a):", transpose(a))
+
+    # Teste deine Tests mit: python -m pytest

wuerfel/spiel/cube_game.py

@@ -0,0 +1,104 @@
+import math
+import pygame
+from spiel.game import Game
+from spiel.compute import rot_3D, project_perspective
+
+
+class CubeGame(Game):
+    """Ein interaktives 3D-Würfel-Spiel basierend auf der MatrixMania-Basisklasse."""
+
+    def __init__(self) -> None:
+        super().__init__(
+            title="MatrixMania - Rotierender Würfel",
+            fps=60,
+            size=(800, 600)
+        )
+
+        # 8 Eckpunkte eines Würfels im 3D-Raum (x, y, z)
+        self.vertices = [
+            [-50, -50, -50],
+            [50, -50, -50],
+            [50, 50, -50],
+            [-50, 50, -50],
+            [-50, -50, 50],
+            [50, -50, 50],
+            [50, 50, 50],
+            [-50, 50, 50]
+        ]
+
+        # Die 12 Kanten des Würfels (verbinden jeweils zwei Indizes)
+        self.edges = [
+            (0, 1), (1, 2), (2, 3), (3, 0),  # Hinteres Quadrat
+            (4, 5), (5, 6), (6, 7), (7, 4),  # Vorderes Quadrat
+            (0, 4), (1, 5), (2, 6), (3, 7)  # Verbindungskanten
+        ]
+
+        self.angle_x = 0.0
+        self.angle_y = 0.0
+
+    def handle_event(self, event: pygame.event.Event) -> bool:
+        """Verarbeitet Events (z. B. Schließen des Fensters oder ESC-Taste)."""
+        if event.type == pygame.QUIT:
+            return False
+        if event.type == pygame.KEYDOWN and event.key == pygame.K_ESCAPE:
+            return False
+        return True
+
+    def update_game(self) -> bool:
+        """Aktualisiert die Rotationswinkel bei jedem Frame."""
+        self.angle_x += 1.0
+        self.angle_y += 1.5
+        return True
+
+    def draw_game(self) -> None:
+        """Zeichnet den 3D-Würfel auf den Bildschirm."""
+        if self.screen is None:
+            return
+
+        # Hintergrund füllen (dunkles Blau/Grau)
+        self.screen.fill((20, 20, 30))
+
+        center_x = self.size[0] // 2
+        center_y = self.size[1] // 2
+
+        projected_points = []
+
+        for vertex in self.vertices:
+            # 1. Rotation um die X-Achse
+            rx_mat = rot_3D(self.angle_x, 'x')
+            v_rx = [
+                rx_mat[0][0] * vertex[0] + rx_mat[0][1] * vertex[1] + rx_mat[0][2] * vertex[2],
+                rx_mat[1][0] * vertex[0] + rx_mat[1][1] * vertex[1] + rx_mat[1][2] * vertex[2],
+                rx_mat[2][0] * vertex[0] + rx_mat[2][1] * vertex[1] + rx_mat[2][2] * vertex[2]
+            ]
+
+            # 2. Rotation um die Y-Achse
+            ry_mat = rot_3D(self.angle_y, 'y')
+            v_rot = [
+                ry_mat[0][0] * v_rx[0] + ry_mat[0][1] * v_rx[1] + ry_mat[0][2] * v_rx[2],
+                ry_mat[1][0] * v_rx[0] + ry_mat[1][1] * v_rx[1] + ry_mat[1][2] * v_rx[2],
+                ry_mat[2][0] * v_rx[0] + ry_mat[2][1] * v_rx[1] + ry_mat[2][2] * v_rx[2]
+            ]
+
+            # 3. Perspektivische Projektion (z + 300, damit der Würfel vor der Kamera liegt)
+            proj_x, proj_y = project_perspective(
+                (v_rot[0], v_rot[1], v_rot[2] + 300),
+                distance=300.0,
+                scale=1.5
+            )
+
+            # In Bildschirmkoordinaten umrechnen (Zentrum als Ursprung)
+            projected_points.append((center_x + proj_x, center_y + proj_y))
+
+        # Kanten des Würfels zeichnen (Neon-Türkis)
+        for edge in self.edges:
+            p1 = projected_points[edge[0]]
+            p2 = projected_points[edge[1]]
+            pygame.draw.line(self.screen, (0, 255, 180), p1, p2, 2)
+
+        # Eckpunkte als weiße Kreise zeichnen
+        for p in projected_points:
+            pygame.draw.circle(self.screen, (255, 255, 255), (int(p[0]), int(p[1])), 4)
+
+        # Aufruf der Basisklasse, um das Display zu aktualisieren (flip)
+        super().draw_game()

wuerfel/spiel/game.py

@@ -0,0 +1,98 @@
+"""Basisklasse ``Game`` für einfache pygame-Anwendungen."""
+
+import pygame
+
+
+class Game:
+    """Basisklasse für pygame-Spiele.
+
+    Unterklassen passen das Verhalten durch Überschreiben von
+    :meth:`handle_event`, :meth:`update_game` und :meth:`draw_game` an.
+    """
+
+    def __init__(
+        self,
+        title: str,
+        fps: int = 60,
+        size: tuple[int, int] = (640, 400),
+    ) -> None:
+        """Legt Fenstertitel, Bildrate und Fenstergröße fest.
+
+        Args:
+            title: Titel des Fensters.
+            fps: Maximale Bilder pro Sekunde.
+            size: Fenstergröße als (Breite, Höhe) in Pixeln.
+        """
+        self.title: str = title
+        self.fps: int = fps
+        self.size: tuple[int, int] = size
+        self.clock: pygame.time.Clock = pygame.time.Clock()
+        self.dt: float = 0
+        self.screen: pygame.Surface | None = None
+
+    def init_game(self) -> None:
+        """Initialisiert pygame und erzeugt das Fenster."""
+        pygame.init()
+        pygame.display.set_caption(self.title)
+        self.screen = pygame.display.set_mode(self.size)
+
+    def game_loop(self) -> None:
+        """Führt die Hauptschleife aus, bis Events oder Update ``False`` liefern."""
+        while True:
+            # Berechnung der Zeitdifferenz seit dem letzten Frame
+            self.dt = self.clock.tick(self.fps) / 1000
+            if self.event_handling() == False:
+                break
+            if self.update_game() == False:
+                break
+            self.draw_game()
+
+    def exit_game(self) -> None:
+        """Beendet pygame."""
+        pygame.quit()
+
+    def event_handling(self) -> bool:
+        """Verteilt alle anstehenden Events an :meth:`handle_event`.
+
+        Bleibt in der Unterklasse unverändert.
+
+        Returns:
+            ``False``, sobald ein Event das Spiel beenden soll, sonst ``True``.
+        """
+        for event in pygame.event.get():
+            if not self.handle_event(event):
+                return False
+        return True
+
+    def handle_event(self, event: pygame.event.Event) -> bool:
+        """Verarbeitet ein einzelnes Event.
+
+        Wird in der Unterklasse überschrieben.
+
+        Args:
+            event: Das zu verarbeitende pygame-Event.
+
+        Returns:
+            ``False`` bei ``pygame.QUIT``, sonst ``True``.
+        """
+        if event.type == pygame.QUIT:
+            return False
+        return True
+
+    def update_game(self) -> bool:
+        """Aktualisiert den Spielzustand um einen Frame.
+
+        Returns:
+            ``False``, wenn das Spiel beendet werden soll, sonst ``True``.
+        """
+        return True
+
+    def draw_game(self) -> None:
+        """Zeichnet den aktuellen Frame und bringt ihn zur Anzeige."""
+        pygame.display.flip()
+
+    def run(self) -> None:
+        """Startet das Spiel: Initialisierung, Hauptschleife, Beenden."""
+        self.init_game()
+        self.game_loop()
+        self.exit_game()