diff --git a/compute.py b/compute.py index 34c23c0..e59d8dd 100644 --- a/compute.py +++ b/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]] diff --git a/test/test_matrixmania/test_perspective.py b/test/test_matrixmania/test_perspective.py new file mode 100644 index 0000000..77d429c --- /dev/null +++ b/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)) \ No newline at end of file diff --git a/wuerfel/install_dependencies.py b/wuerfel/install_dependencies.py new file mode 100644 index 0000000..5a20e39 --- /dev/null +++ b/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()) diff --git a/wuerfel/main.py b/wuerfel/main.py new file mode 100644 index 0000000..e1faeb8 --- /dev/null +++ b/wuerfel/main.py @@ -0,0 +1,5 @@ +from spiel.cube_game import CubeGame + +if __name__ == "__main__": + game = CubeGame() + game.run() \ No newline at end of file diff --git a/wuerfel/pyproject.toml b/wuerfel/pyproject.toml new file mode 100644 index 0000000..9c72327 --- /dev/null +++ b/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"] \ No newline at end of file diff --git a/wuerfel/spiel/__init__.py b/wuerfel/spiel/__init__.py new file mode 100644 index 0000000..e69de29 diff --git a/wuerfel/spiel/compute.py b/wuerfel/spiel/compute.py new file mode 100644 index 0000000..e59d8dd --- /dev/null +++ b/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 \ No newline at end of file diff --git a/wuerfel/spiel/cube_game.py b/wuerfel/spiel/cube_game.py new file mode 100644 index 0000000..08318e0 --- /dev/null +++ b/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() \ No newline at end of file diff --git a/wuerfel/spiel/game.py b/wuerfel/spiel/game.py new file mode 100644 index 0000000..e88c245 --- /dev/null +++ b/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() \ No newline at end of file