Merge branch 'Project_Developer'

gamematrix etc.

docs/design.txt

@@ -0,0 +1,74 @@
+========================================================
+Projekt: gamematrix (C++ Library)
+Rolle: Architekt
+Datei: design.txt
+Datum: 03.11.2025
+Team: prog3b_652
+========================================================
+
+# ----------------------------
+# 1. Projektstruktur / Namespace
+# ----------------------------
+Namespace: Matrix3D
+
+Ziel: Saubere Trennung der Bibliothek, Vermeidung von Namenskonflikten.
+
+Beispiel:
+namespace Matrix3D {
+    // Funktionen, ggf Klasse(n)
+}
+
+# ----------------------------
+# 2. Datenstrukturen / Klassen
+# ----------------------------
+Listen Sie die Klassen oder Structs auf, die verwendet werden:
+
+| Name   | Typ                                      | Beschreibung |
+|--------|------------------------------------------|--------------|
+| Vec3   | struct Vec3                              | 3D-Vektor (x, y, z) |
+| Mat4   | std::array<std::array<double,4>,4>       | 4x4-Matrix (homogen) |
+| ______ | ________ | ___________________ |
+| ______ | ________ | ___________________ |
+
+# ----------------------------
+# 3. Operatoren / Templates
+# ----------------------------
+Welche Operatoren oder Templates sollen definiert werden?
+
+- Templates für unterschiedliche Datentypen? ☐ Ja ☐ Nein
+- Operatoren:
+    - Mat4 * Mat4
+    - Mat4 * Vec3
+
+# ----------------------------
+# 4. Funktionen / Schnittstellen
+# ----------------------------
+Liste der Funktionen mit Eingabe/Ausgabe und kurzer Beschreibung:
+
+| Funktion      | Eingabe                            | Ausgabe               | Kurzbeschreibung                       |
+|---------------|------------------------------------|-----------------------|----------------------------------------|
+| matmul        | Mat4 A, Mat4 B                     | Mat4                  | Matrixmultiplikation 4x4               |
+| translate     | Vec3 pos                           | Mat4                  | Verschiebungstransformation            |
+| rot3D         | double angle_deg, char axis        | Mat4                  | Rotation um Achse x/y/z                |
+| identity (optional)| ---                           | Mat4                  | Identitätsmatrix                       |
+| _____________ | __________________________________ | ____________________  | ______________________________         |
+
+# ----------------------------
+# 5. Designentscheidungen / Hinweise
+# ----------------------------
+- Rückgabe der Matrizen per Wert oder Referenz? ___________
+- Verwendung von std::array oder std::vector? ___________
+- Homogene Koordinaten für Translation / Rotation (4x4)? ☐ Ja ☐ Nein
+- Weitere Designüberlegungen: ___________________________
+
+# ----------------------------
+# 6. Deliverables / Milestones
+# ----------------------------
+- design.txt fertig und im Branch architect committed
+- Übergabe an Entwickler für Implementierung
+
+========================================================
+Hinweis:
+- Dieses Dokument dient als Grundlage für die Implementierung.
+- Alle Designentscheidungen sollen klar nachvollziehbar sein.
+========================================================

docs/requirements.txt

@@ -0,0 +1,76 @@
+========================================================
+Projekt: gamematrix (C++ Library)
+Rolle:   Projektleiter
+Datei:   requirements.txt
+Datum:   03.11.2025
+Team:    prob3b_652
+========================================================
+
+# ----------------------------
+# 1. Projektziel
+# ----------------------------
+Beschreiben Sie hier kurz das Ziel des Projekts:
+
+Ziel: 
+- C++-Bibliothek gamematrix.cpp erweitern. Matrizenoperationen für 3D-Transformationen bereitstellen. 
+
+- Integration in das bestehende Spielprojekt.
+
+- Git-Workflow: Neuer Branch für diese Woche (KW25), Änderungen committen und später in den 	Hauptbranch mergen.
+- Vorgehensmodell: Wasserfall, alle Phasen strikt nacheinander.
+
+# ----------------------------
+# 2. Funktionale Anforderungen
+# ----------------------------
+Listen Sie alle Funktionen auf, die die Bibliothek bereitstellen soll..
+Tragen Sie ein: Funktion, Eingabe, Ausgabe, kurze Beschreibung
+
+| Funktion      | Eingabe                            | Ausgabe               | Kurzbeschreibung                       |
+|---------------|------------------------------------|-----------------------|----------------------------------------|
+| matmul        | 4x4 Matrix A, 4x4 Matrix B         | 4x4 Matrix            |Multipliziert zwei Matrizen und gibt    |
+|		|				     |			     |das Ergebnis als neue Matrix zurück.    |
+|               |                                    |                       |Prüft dabei, ob die Dimensionen         |    
+|               |                                    |                       |kompatibel sind                         |
+|---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|
+| translate     | 3D Vektor                          | 4x4 Matrix            | Verschiebt Punkte oder Objekte im Raum |
+|		|				     |			     | um einen gegebenen Vektor.             |
+|---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|
+| rot3D         | Winkel in °, Rotationsachse (x/y/z)| 4x4 Matrix            | Rotiert eine Matrix um eine Achse um   |
+|               |                                    |                       |einen vorgegebenen Winkel               |
+|---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|
+| identity (optional)| ---                           | 4x4 Matrix            | _____________________________________  |
+| _____________ | __________________________________ | ____________________  | ______________________________         |
+| _____________ | __________________________________ | ____________________  | ______________________________         |
+
+# ----------------------------
+# 3. Nicht-funktionale Anforderungen
+# ----------------------------
+(z. B. Performance, Lesbarkeit, Wartbarkeit, Python-Kompatibilität via pybind11)
+
+- Jede Methode soll mit einem aussagekräftigen Kommentar versehen werden.
+- User soll aufgefordert werden zwei 4x4 Matritzen einzugeben bzw. einen Winkel in Grad. 
+  (Architect Aufgabe -> Die Eingabe- Methode soll Prüfen ob die Form vom Winkel bzw. Matritzen den 
+  Anforderungen entsprechen)
+- ____________________________________________________________
+
+# ----------------------------
+# 4. Annahmen / Einschränkungen
+# ----------------------------
+
+
+- Wir arbeiten ausschließlich mit 4x4 Matritzen. Winkel soll in Grand eingegeben werden. ____________________________________________________________
+- Variablendeklaration ausschließlich mit double# ----------------------------
+# 5. Abnahmekriterien
+# ----------------------------
+Wie soll geprüft werden, dass die Anforderungen erfüllt sind?
+(z. B. Unit-Tests, Beispielrotationen, Matrizenmultiplikation)
+
+- Beispielrotationen
+- Matritzen-Multiplikation
+- 
+
+========================================================
+Hinweis:
+- Diese Datei wird vom Projektleiter erstellt und gepflegt.
+- Jede Phase des Projekts soll hier dokumentiert werden.
+========================================================

docs/tests.txt

@@ -0,0 +1,44 @@
+@@ -1,43 +0,0 @@
+========================================================
+Projekt: gamematrix (C++ Library)
+Rolle: Tester
+Datei: tests.txt
+Datum: 4.10.2025
+Team: prog3b_652
+========================================================
+
+# ----------------------------
+# 1. Testplan Übersicht
+# ----------------------------
+Ziel: Überprüfung der Funktionen matmul(), translate(), rot3D().
+
+| Funktion      | Testfall                  | Eingabe                      | Erwartetes Ergebnis               | Bemerkung                  |
+|---------------|---------------------------|------------------------------|-----------------------------------|----------------------------|
+| matmul        | Identity * Identity       | 4x4 Identity Matrizen        | Identity                          | Basisfall                  |
+| matmul        | Beispielmatrizen          | A=[[...]], B=[[...]]         | C=[[...]]                         | Prüfen mit Handrechnung    |
+| translate     | Verschiebung              | Vec3 {1,2,3}                 | Matrix mit Translation 1,2,3      | Prüfen letzte Spalte       |
+| rot3D         | Rotation Z 90°            | angle_deg=90, axis='z'       | (1,0,0) -> (0,1,0)                | Prüfen Anwendung auf Vektor|
+| rot3D         | Rotation X 180°           | angle_deg=180, axis='x'      | (0,1,0) -> (0,-1,0)               | Prüfen Anwendung auf Vektor|
+| rot3D         | Rotation Y 270°           | angle_deg=270, axis='y'      | (1,0,0) -> (0,0,-1)               | Prüfen Anwendung auf Vektor|
+
+
+# ----------------------------
+# 2. Testdaten / Matrizen
+# ----------------------------
+- Matrizen für matmul: Identity, Beispiel A/B Matrizen
+- Vektoren für translate: Vec3 {x, y, z}
+- Vektoren für rot3D: Vec3 {1,0,0}, Vec3 {0,1,0}
+
+# ----------------------------
+# 3. Abnahmekriterien
+# ----------------------------
+- Alle Unit-Tests erfolgreich
+- Keine Exceptions außer gewollt (z. B. ungültige Achse)
+- Testbericht in tests.txt dokumentiert
+
+========================================================
+Hinweis:
+- Diese Datei wird vom Tester gepflegt.
+- Tester dokumentiert Input, Output, erwartetes Ergebnis und Erfolg/Fehler.
+========================================================
+

includes/gamematrix.cpp

@@ -0,0 +1,150 @@
+//
+// Created by kris- on 03.11.2025.
+//
+#include <iostream>
+#include "gamematrix.h"
+
+// Matrixmultiplikation
+
+
+// Rotationsmatrix um Achse x/y/z
+static std::array<std::array<double,4>,4> rot3D(double angle_deg, char axis);
+
+// Verschiebung
+static std::array<std::array<double,4>,4> translate(const std::array<double, 3>& pos);
+
+
+
+
+//Matrixmultiplikation-Funktion
+std::array<std::array<double,4>,4> gameMatrix::matmul(
+    const std::array<std::array<double,4>,4>& A,
+    const std::array<std::array<double,4>,4>& B)
+
+{       //Matrix-Mathematik (Matrix C = A*B)
+    std::array<std::array<double,4>,4> C{};
+
+    for (int i = 0; i < 4; ++i)
+        for (int j = 0; j < 4; ++j)
+            for (int k = 0; k < 4; ++k)
+                C[i][j] += A[i][k] * B[k][j];
+
+
+    return C;
+
+}
+
+//Rotation 3D
+std::array<std::array<double,4>,4> gameMatrix::rot3D(double angle_deg, char axis) {
+    double rad = angle_deg * M_PI / 180.0;
+
+    //Mathematik-Rotation
+    std::array<std::array<double,4>,4> R{};
+
+    for (int i = 0; i < 4; ++i)
+        R[i][i] = 1.0;
+
+    if (axis == 'x' || axis == 'X') {
+        R[1][1] = cos(rad);
+        R[1][2] = -sin(rad);
+        R[2][1] = sin(rad);
+        R[2][2] = cos(rad);
+    } else if (axis == 'y' || axis == 'Y') {
+        R[0][0] = cos(rad);
+        R[0][2] = sin(rad);
+        R[2][0] = -sin(rad);
+        R[2][2] = cos(rad);
+    } else if (axis == 'z' || axis == 'Z') {
+        R[0][0] = cos(rad);
+        R[0][1] = -sin(rad);
+        R[1][0] = sin(rad);
+        R[1][1] = cos(rad);
+    }
+
+    return R;
+}
+
+//Translation
+std::array<std::array<double,4>,4> gameMatrix::translate(const std::array<double,3>& pos) {
+    std::array<std::array<double,4>,4> T{};
+    for (int i = 0; i < 4; ++i)
+        T[i][i] = 1.0; // Identitätsmatrix
+
+    T[0][3] = pos[0]; // x-Verschiebung
+    T[1][3] = pos[1]; // y-Verschiebung
+    T[2][3] = pos[2]; // z-Verschiebung
+
+    return T;
+}
+
+
+
+//unnötig die main hier, aber wenn die schon mal da ist, warum auch nicht zum testen dieser .cpp-Datei
+int main()
+{
+    // Part Matrix
+    std::array<std::array<double,4>,4> A{};
+    std::array<std::array<double,4>,4> B{};
+
+    std::cout << "Gib die Werte für Matrix A (4x4) ein:\n";
+    for (int i = 0; i < 4; ++i)
+        for (int j = 0; j < 4; ++j) {
+            std::cout << "A[" << i << "][" << j << "] = ";
+            std::cin >> A[i][j];
+        }
+
+    std::cout << "\nGib die Werte für Matrix B (4x4) ein:\n";
+    for (int i = 0; i < 4; ++i)
+        for (int j = 0; j < 4; ++j) {
+            std::cout << "B[" << i << "][" << j << "] = ";
+            std::cin >> B[i][j];
+        }
+
+    std::array<std::array<double,4>,4> C = gameMatrix::matmul(A, B);
+
+    std::cout << "\nErgebnis der Matrixmultiplikation (C = A * B):\n";
+    for (int i = 0; i < 4; ++i) {
+        for (int j = 0; j < 4; ++j)
+            std::cout << C[i][j] << "\t";
+        std::cout << "\n";
+    }
+    //Ende Matrix
+
+
+    // Rotation
+    double angle;
+    char axis;
+    std::cout << "\nGib einen Rotationswinkel in Grad ein: ";
+    std::cin >> angle;
+    std::cout << "Gib die Rotationsachse (x/y/z) ein: ";
+    std::cin >> axis;
+
+    std::array<std::array<double,4>,4> R = gameMatrix::rot3D(angle, axis);
+
+    std::cout << "\nRotationsmatrix R:\n";
+    for (int i = 0; i < 4; ++i) {
+        for (int j = 0; j < 4; ++j)
+            std::cout << R[i][j] << "\t";
+        std::cout << "\n";
+    }
+
+    // Translation
+    std::array<double,3> pos;
+    std::cout << "\nGib die Translation (x y z) ein: ";
+    std::cin >> pos[0] >> pos[1] >> pos[2];
+
+    std::array<std::array<double,4>,4> T = gameMatrix::translate(pos);
+
+    std::cout << "\nTranslationsmatrix T:\n";
+    for (int i = 0; i < 4; ++i) {
+        for (int j = 0; j < 4; ++j)
+            std::cout << T[i][j] << "\t";
+        std::cout << "\n";
+    }
+
+    return 0;
+}
+
+
+
+

src/gamematrix.h

@@ -0,0 +1,19 @@
+#pragma once
+#include <vector>
+#include <array>
+#include <stdexcept>
+#include <cmath>
+
+class gameMatrix
+{
+public:
+    // Matrix Multiplikation
+    static std::array<std::array<double,4>,4> matmul(const std::array<std::array<double,4>,4>& A,
+                                                   const std::array<std::array<double,4>,4>& B);
+
+    // Rotationsmatrix um Achse x/y/z
+    static std::array<std::array<double,4>,4> rot3D(double angle_deg, char axis);
+
+    // Verschiebung
+    static std::array<std::array<double,4>,4> translate(const std::array<double, 3>& pos);
+};