projection & 3Drot

pyproject.toml

@@ -1,4 +0,0 @@
-[project]
-name = "matrixmania"
-version = "0.1.0"
-dependencies = ["tabulate", "ruff"]

.idea/.gitignore

@@ -0,0 +1,5 @@
+# Default ignored files
+/shelf/
+/workspace.xml
+# Editor-based HTTP Client requests
+/httpRequests/

.idea/.name

@@ -0,0 +1 @@
+matrixmania

.idea/inspectionProfiles/profiles_settings.xml

@@ -0,0 +1,6 @@
+<component name="InspectionProjectProfileManager">
+  <settings>
+    <option name="USE_PROJECT_PROFILE" value="false" />
+    <version value="1.0" />
+  </settings>
+</component>

.idea/matrixmania.iml

@@ -0,0 +1,10 @@
+<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
+<module type="PYTHON_MODULE" version="4">
+  <component name="NewModuleRootManager">
+    <content url="file://$MODULE_DIR$">
+      <excludeFolder url="file://$MODULE_DIR$/.venv" />
+    </content>
+    <orderEntry type="jdk" jdkName="Python 3.14 (PythonProject)" jdkType="Python SDK" />
+    <orderEntry type="sourceFolder" forTests="false" />
+  </component>
+</module>

.idea/misc.xml

@@ -0,0 +1,7 @@
+<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
+<project version="4">
+  <component name="Black">
+    <option name="sdkName" value="Python 3.14 (PythonProject)" />
+  </component>
+  <component name="ProjectRootManager" version="2" project-jdk-name="Python 3.14 (PythonProject)" project-jdk-type="Python SDK" />
+</project>

.idea/modules.xml

@@ -0,0 +1,8 @@
+<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
+<project version="4">
+  <component name="ProjectModuleManager">
+    <modules>
+      <module fileurl="file://$PROJECT_DIR$/.idea/matrixmania.iml" filepath="$PROJECT_DIR$/.idea/matrixmania.iml" />
+    </modules>
+  </component>
+</project>

.idea/vcs.xml

@@ -0,0 +1,6 @@
+<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
+<project version="4">
+  <component name="VcsDirectoryMappings">
+    <mapping directory="$PROJECT_DIR$" vcs="Git" />
+  </component>
+</project>

AGENTS.md

@@ -1,4 +1,6 @@
 # Regeln für dieses Projekt 
 - Code nach PEP 8, Zeilenlänge maximal 88 Zeichen. 
 - Jede Funktion und Methode hat einen Docstring und Type Hints. 
-- Vor jedem Commit: `ruff check` und `ruff format`. 
+- Vor jedem Commit: `ruff check` und `ruff format`.
+- Quellcode liegt unter "src/matrixmania/", Tests unter "test/test_matrixmania/" 
+- Testpakete, Testdateien und Testfunktionen beginnen mit "test_" 

pyproject.toml

@@ -0,0 +1,10 @@
+[project]
+name = "matrixmania"
+version = "0.1.0"
+dependencies = ["tabulate", "ruff", "pygame"]
+
+[project.optional-dependencies]
+dev = ["pytest", "ruff", "pytest-cov"]
+
+[tool.pytest.ini_options]
+pythonpath = "src"

src/matrixmania/Moon.py

@@ -0,0 +1,58 @@
+import pygame
+
+from src.matrixmania.compute import matmul, rot_2D, transpose
+from src.matrixmania.game import Game
+
+EARTH_RADIUS = 30
+MOON_RADIUS = 10
+BLACK = (0, 0, 0)
+WHITE = (255, 255, 255)
+BLUE = (0, 0, 255)
+
+
+class Moon(Game):
+    """Der Mond kreist um die Erde."""
+
+    def __init__(
+            self,
+            title: str = "Moon",
+            fps: int = 60,
+            size: tuple[int, int] = (640, 400),
+    ) -> None:
+        """Legt Startposition, Drehwinkel und Rotationsmatrix fest."""
+        super().__init__(title, fps, size)
+        self.centre = (size[0] // 2, size[1] // 2)
+
+        self.position_moon = [0.0, -150.0]
+
+        theta = 0.01
+        self.rot_moon = rot_2D(theta)
+
+    def update_game(self) -> bool:
+        """Dreht den Mond ein Stück weiter."""
+        self.update_moon_position()
+        return True
+
+    def update_moon_position(self) -> None:
+        point = transpose([self.position_moon])  # [x, y] wird zur Spalte [[x], [y]]
+        result = matmul(self.rot_moon, point)  # Ergebnis: [[x'], [y']]
+        self.position_moon = [result[0][0], result[1][0]]
+
+    def draw_game(self) -> None:
+        self.screen.fill(BLACK)
+        self.draw_earth()
+        self.draw_moon()
+        pygame.display.flip()
+
+    def draw_earth(self) -> None:
+        pygame.draw.circle(self.screen, BLUE, self.centre, EARTH_RADIUS)
+
+    def draw_moon(self) -> None:
+        moon_x = int(self.centre[0] + self.position_moon[0])
+        moon_y = int(self.centre[1] + self.position_moon[1])
+        pygame.draw.circle(self.screen, WHITE, (moon_x, moon_y), MOON_RADIUS)
+
+
+if __name__ == "__main__":
+    game = Moon()
+    game.run()

src/matrixmania/__init__.py

@@ -0,0 +1 @@
+from .compute import matmul, transpose, rot_2D

src/matrixmania/apollo.py

@@ -0,0 +1,50 @@
+import pygame
+
+from src.matrixmania.compute import matmul, rot_2D, transpose
+from Moon import Moon
+
+RED = (255, 0, 0)
+BLACK = (0, 0, 0)
+APOLLO_RADIUS = 3
+
+
+class Apollo(Moon):
+
+    def __init__(
+            self,
+            title: str = "Apollo",
+            fps: int = 60,
+            size: tuple[int, int] = (640, 400),
+    ) -> None:
+
+        super().__init__(title, fps, size) #Startpos. des Mondes wird hier übergeben
+
+        self.position_apollo = [0.0, -40.0] #Startposition von Apollo relativ zum Mond
+        theta_apollo = -0.02 #doppelte Geschwindigkeit, umgekehrte Drehrichtung
+        self.rot_apollo = rot_2D(theta_apollo)
+
+    def update_game(self) -> bool:
+        super().update_game()
+
+        point = transpose([self.position_apollo]) #macht aus Koordinatenliste Spaltenvektor
+        result = matmul(self.rot_apollo, point) #neue relative Pos. berechnen
+        self.position_apollo = [result[0][0], result[1][0]] #Matrix: erste Zeile: erstes Element, zweite Zeile: erstes Element -> Koordinaten
+
+        return True
+
+    def draw_game(self) -> None:
+        self.screen.fill(BLACK)
+        self.draw_earth()
+        self.draw_moon()
+        self.draw_apollo()
+        pygame.display.flip()
+
+    def draw_apollo(self) -> None:
+        apollo_x = int(self.centre[0] + self.position_moon[0] + self.position_apollo[0]) #Absolute Position = Bildschirmmitte + Mond-Position + Apollo-Relativposition
+        apollo_y = int(self.centre[1] + self.position_moon[1] + self.position_apollo[1])
+        pygame.draw.circle(self.screen, RED, (apollo_x, apollo_y), APOLLO_RADIUS)
+
+
+if __name__ == "__main__":
+    game = Apollo()
+    game.run()

src/matrixmania/compute.py

@@ -120,6 +120,64 @@ def matmul(A: Matrix, B: Matrix) -> Matrix:
 
     return result
 
+def rot_3D(angle: float, axis: str) -> list[list[float]]:
+    """Berechnet die 3D-Rotationsmatrix für einen gegebenen Winkel und eine Achse.
+
+    Die Rotationsmatrizen lauten:
+
+    Rotation um die x-Achse:
+        R_x(θ) = [[1,      0,       0],
+                  [0,  cos(θ), -sin(θ)],
+                  [0,  sin(θ),  cos(θ)]]
+
+    Rotation um die y-Achse:
+        R_y(θ) = [[ cos(θ), 0, sin(θ)],
+                  [      0, 1,      0],
+                  [-sin(θ), 0, cos(θ)]]
+
+    Rotation um die z-Achse:
+        R_z(θ) = [[cos(θ), -sin(θ), 0],
+                  [sin(θ),  cos(θ), 0],
+                  [     0,       0, 1]]
+
+    Args:
+        angle (float): Der Rotationswinkel in Bogenmaß (Radians).
+        axis (str): Die Rotationsachse ('x', 'y' oder 'z').
+
+    Returns:
+        list[list[float]]: Die 3x3-Rotationsmatrix als geschachtelte Liste.
+
+    Raises:
+        ValueError: Wenn ein ungültiger Achsenwert übergeben wird.
+    """
+    cos_a = math.cos(angle)
+    sin_a = math.sin(angle)
+
+    if axis == "x":
+        return [[1.0, 0.0, 0.0], [0.0, cos_a, -sin_a], [0.0, sin_a, cos_a]]
+    elif axis == "y":
+        return [[cos_a, 0.0, sin_a], [0.0, 1.0, 0.0], [-sin_a, 0.0, cos_a]]
+    elif axis == "z":
+        return [[cos_a, -sin_a, 0.0], [sin_a, cos_a, 0.0], [0.0, 0.0, 1.0]]
+    else:
+        raise ValueError(
+            f"Ungültige Achse '{axis}'. Gültige Achsen sind 'x', 'y' oder 'z'."
+        )
+
+def project_ortho(point: tuple[float, float, float], scale: float = 1) -> tuple[float, float]:
+    """Projiziert einen 3D-Punkt (x, y, z) orthogonal auf eine 2D-Fläche (x, y),
+    indem die z-Koordinate ignoriert und der Punkt mit scale multipliziert wird.
+
+    Args:
+        point (tuple[float, float, float]): Der 3D-Punkt als (x, y, z).
+        scale (float, optional): Skalierungsfaktor für die Ausgabe. Standard ist 1.
+
+    Returns:
+        tuple[float, float]: Der 2D-Punkt als (x * scale, y * scale).
+    """
+    x, y, _ = point
+    return (x * scale, y * scale)
+
 if __name__ == "__main__":
     # Test für rot_2D (z. B. Rotation um 90 Grad = pi / 2)
     theta = math.pi / 2

src/matrixmania/game.py

@@ -0,0 +1,51 @@
+import pygame
+
+class Game:
+
+    def __init__(self, title, fps=60, size=(640, 400)):
+        self.title = title
+        self.fps = fps
+        self.size = size
+        self.clock = pygame.time.Clock()
+        self.dt = 0
+        self.screen = None
+
+    def init_game(self):
+        pygame.init()
+        pygame.display.set_caption(self.title)
+        self.screen = pygame.display.set_mode(self.size)
+
+    def game_loop(self):
+        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):
+        pygame.quit()
+
+    def event_handling(self):  # bleibt in der Unterklasse unverändert
+        for event in pygame.event.get():
+            if not self.handle_event(event):
+                return False
+        return True
+
+    def handle_event(self, event):  # wird in der Unterklasse überschrieben
+        if event.type == pygame.QUIT:
+            return False
+        return True
+
+    def update_game(self):
+        return True
+
+    def draw_game(self):
+        pygame.display.flip()
+
+    def run(self):
+        self.init_game()
+        self.game_loop()
+        self.exit_game()

test/test_matrixmania/test_projection.py

@@ -0,0 +1,16 @@
+import pytest
+from matrixmania.compute import project_ortho
+
+
+def test_project_ortho_default_scale():
+    # Test ohne Angabe von scale (Standardwert = 1)
+    point = (1.0, 2.0, 3.0)
+    result = project_ortho(point)
+    assert result == (1.0, 2.0)
+
+
+def test_project_ortho_with_scale():
+    # Test mit scale = 100
+    point = (1.0, 2.0, 3.0)
+    result = project_ortho(point, scale=100)
+    assert result == (100.0, 200.0)

test/test_matrixmania/test_rot.py

@@ -0,0 +1,32 @@
+import math
+import pytest
+from matrixmania.compute import rot_3D
+
+
+def test_rot_3D_x_axis():
+    # Test bei 0 Radian (Identitätsmatrix)
+    res = rot_3D(0.0, "x")
+    assert res == [[1.0, 0.0, 0.0], [0.0, 1.0, 0.0], [0.0, 0.0, 1.0]]
+
+    # Test bei 90 Grad (PI / 2)
+    res_90 = rot_3D(math.pi / 2, "x")
+    assert pytest.approx(res_90[1][1]) == 0.0
+    assert pytest.approx(res_90[1][2]) == -1.0
+    assert pytest.approx(res_90[2][1]) == 1.0
+    assert pytest.approx(res_90[2][2]) == 0.0
+
+
+def test_rot_3D_y_axis():
+    res = rot_3D(0.0, "y")
+    assert res == [[1.0, 0.0, 0.0], [0.0, 1.0, 0.0], [0.0, 0.0, 1.0]]
+
+
+def test_rot_3D_z_axis():
+    res = rot_3D(0.0, "z")
+    assert res == [[1.0, 0.0, 0.0], [0.0, 1.0, 0.0], [0.0, 0.0, 1.0]]
+
+
+def test_rot_3D_invalid_axis():
+    # Prüft, ob bei ungültiger Achse ein ValueError geworfen wird
+    with pytest.raises(ValueError):
+        rot_3D(1.0, "w")