Perspektivische Projektion mit Tests ergänzen

AGENTS.md

@@ -2,4 +2,6 @@
 
 - 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`
+
+## Projektstruktur - Quellcode liegt unter "src/matrixmania/", Tests unter "test/test_matrixmania/" - Testpakete, Testdateien und Testfunktionen beginnen mit "test_" 

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())

pyproject.toml

@@ -1,4 +1,11 @@
 [project]
 name = "matrixmania"
 version = "0.1.0"
-dependencies = ["tabulate", "ruff"]
+dependencies = ["tabulate", "ruff"]
+
+[project.optional-dependencies]
+dev = ["pytest", "ruff", "pytest-cov"]
+
+[tool.pytest.ini_options]
+pythonpath = ["src"]
+testpaths = ["test"]

src/matrixmania/__init__.py

@@ -0,0 +1,3 @@
+from .compute import matmul, transpose, rot_2D, rot_3D, project_perspective
+# Damit project_ortho direkt aus matrixmania importiert werden kann.
+from .compute import project_ortho

src/matrixmania/compute.py

@@ -1,3 +1,12 @@
+#Katzenaufgabe: 1.  funktionierender Stand war committed.
+#2.   in compute.py und pyproject.toml absichtlich Änderungen/Quatsch gemacht.
+#3.  Diese Änderungen  nicht committed.
+#4. ↩  Git → Uncommitted Changes → Rollback ausgeführt.
+#5.  Danach waren die Katzen-Änderungen wieder verschwunden und die Dateien wieder wie vorher.
+
+#Dann: Katze erledigt.
+
+
 # Matrixfunktionen für das Projekt MatrixMania
 
 #Was die Aufgabe war:
@@ -20,6 +29,7 @@
 
 """Matrix-Operationen ohne externe Bibliotheken (reine Python-Listen)."""
 import math
+from math import cos, sin
 
 from tabulate import tabulate
 
@@ -117,6 +127,108 @@ def rot_2D(theta: float) -> Matrix:
     return [[cosine, -sine], [sine, cosine]]
 
 
+def rot_3D(angle: float, axis: str) -> list[list[float]]:
+    """Erzeugt eine Rotationsmatrix für eine Drehung im 3D-Raum.
+
+    Args:
+        angle: Drehwinkel im Bogenmaß.
+        axis: Drehachse "x", "y" oder "z".
+
+    Returns:
+        Die zur Achse passende 3x3-Rotationsmatrix.
+
+    Raises:
+        ValueError: Wenn axis weder "x", "y" noch "z" ist.
+
+    Formeln mit c = cos(angle) und s = sin(angle):
+
+        Rotation um die x-Achse:
+            [1, 0,  0]
+            [0, c, -s]
+            [0, s,  c]
+
+        Rotation um die y-Achse:
+            [ c, 0, s]
+            [ 0, 1, 0]
+            [-s, 0, c]
+
+        Rotation um die z-Achse:
+            [c, -s, 0]
+            [s,  c, 0]
+            [0,  0, 1]
+    """
+    c = cos(angle)
+    s = sin(angle)
+
+    if axis == "x":
+        return [
+            [1.0, 0.0, 0.0],
+            [0.0, c, -s],
+            [0.0, s, c],
+        ]
+
+    if axis == "y":
+        return [
+            [c, 0.0, s],
+            [0.0, 1.0, 0.0],
+            [-s, 0.0, c],
+        ]
+
+    if axis == "z":
+        return [
+            [c, -s, 0.0],
+            [s, c, 0.0],
+            [0.0, 0.0, 1.0],
+        ]
+
+    raise ValueError("axis muss 'x', 'y' oder 'z' sein.")
+
+
+def project_ortho(
+    point: tuple[float, float, float],
+    scale: float = 1,
+) -> tuple[float, float]:
+    """Projiziert einen 3D-Punkt auf die xy-Ebene und skaliert ihn."""
+
+    # Die ersten beiden Koordinaten des Punktes auslesen.
+    # Python beginnt beim Zählen mit 0.
+    x = point[0]
+    y = point[1]
+
+    # Die dritte Koordinate point[2] ist z.
+    # Für diese Projektion brauchen wir sie nicht.
+
+    # x und y skalieren und als Tupel zurückgeben.
+    return (x * scale, y * scale)
+
+def project_perspective(
+    point: tuple[float, float, float],
+    focal_length: float = 1.0,
+    scale: float = 1.0,
+    camera_distance: float = 4.0,
+) -> tuple[float, float]:
+    """Projiziert einen 3D-Punkt perspektivisch auf eine 2D-Ebene."""
+
+    # Wir verteilen die drei Koordinaten auf einzelne Variablen.
+    x, y, z = point
+
+    # Die Tiefe des Punktes wird um den Kameraabstand verschoben.
+    depth = z + camera_distance
+
+    # Durch 0 darf nicht geteilt werden.
+    # Ein Punkt auf der Kameraebene kann so nicht projiziert werden.
+    if depth == 0:
+        raise ValueError(
+            "Der Punkt darf nicht auf der Kameraebene liegen."
+        )
+
+    # Wir berechnen die horizontalen und vertikalen Bildschirmkoordinaten.
+    projected_x = x * focal_length / depth * scale
+    projected_y = y * focal_length / depth * scale
+
+    # Aus dem 3D-Punkt wird ein 2D-Punkt.
+    return projected_x, projected_y
+
 if __name__ == "__main__": #führe den testcode nur aus wenn compute.py direkt gestartet wird
     matrix_a = [
         [3, 4, -1, 4],

test/test_matrixmania/test_projection.py

@@ -0,0 +1,88 @@
+# pytest hilft uns beim Testen und Vergleichen von Kommazahlen.
+import pytest
+
+# Wir importieren die Funktionen, die wir testen möchten.
+from matrixmania import project_ortho, project_perspective
+
+
+def test_project_ortho_without_scaling():
+    """Prüft die orthogonale Projektion mit Standardwerten."""
+
+    # Arrange: Einen 3D-Punkt vorbereiten.
+    point = (1.0, 2.0, 3.0)
+
+    # Act: Ohne zusätzliche Skalierung projizieren.
+    result = project_ortho(point)
+
+    # Assert: x und y bleiben gleich, z fällt weg.
+    assert result == (1.0, 2.0)
+
+
+def test_project_ortho_with_scaling():
+    """Prüft die orthogonale Projektion mit Skalierung 100."""
+
+    # Arrange: Einen 3D-Punkt vorbereiten.
+    point = (1.0, 2.0, 3.0)
+
+    # Act: Mit Skalierungsfaktor 100 projizieren.
+    result = project_ortho(point, scale=100)
+
+    # Assert: x und y werden jeweils mit 100 multipliziert.
+    assert result == (100.0, 200.0)
+
+
+def test_project_perspective_without_scaling():
+    """Prüft die perspektivische Projektion mit Standardwerten."""
+
+    # Arrange: Einen 3D-Punkt vorbereiten.
+    point = (1.0, 2.0, 3.0)
+
+    # Act: Die Standardwerte der Funktion verwenden.
+    result = project_perspective(point)
+
+    # Assert: Die Tiefe ist z + camera_distance = 3 + 4 = 7.
+    # Deshalb erwarten wir x = 1/7 und y = 2/7.
+    assert result == pytest.approx((1 / 7, 2 / 7))
+
+
+def test_project_perspective_with_focal_length_and_scaling():
+    """Prüft die Projektion mit Brennweite 2 und Skalierung 100."""
+
+    # Arrange: Einen 3D-Punkt vorbereiten.
+    point = (1.0, 2.0, 3.0)
+
+    # Act: Brennweite 2 und Skalierungsfaktor 100 verwenden.
+    result = project_perspective(point, focal_length=2, scale=100)
+
+    # Assert: Die Tiefe ist weiterhin 7.
+    # x = 1 * 2 / 7 * 100 = 200/7.
+    # y = 2 * 2 / 7 * 100 = 400/7.
+    assert result == pytest.approx((200 / 7, 400 / 7))
+
+
+def test_project_perspective_with_custom_camera_distance():
+    """Prüft die Projektion mit einem anderen Kameraabstand."""
+
+    # Arrange: Punkt und erwartetes Ergebnis vorbereiten.
+    # Die Tiefe ist z + camera_distance = 3 + 1 = 4.
+    point = (1.0, 2.0, 3.0)
+    expected = (0.25, 0.5)
+
+    # Act: Den Kameraabstand auf 1 setzen.
+    result = project_perspective(point, camera_distance=1.0)
+
+    # Assert: x = 1/4 und y = 2/4.
+    assert result == pytest.approx(expected)
+
+
+def test_project_perspective_with_zero_scale():
+    """Prüft die Projektion mit Skalierungsfaktor 0."""
+
+    # Arrange: Einen gültigen 3D-Punkt vorbereiten.
+    point = (1.0, 2.0, 3.0)
+
+    # Act: Den Skalierungsfaktor auf 0 setzen.
+    result = project_perspective(point, scale=0.0)
+
+    # Assert: Beide Koordinaten werden mit 0 multipliziert.
+    assert result == pytest.approx((0.0, 0.0))

test/test_matrixmania/test_rot.py

@@ -0,0 +1,96 @@
+from math import pi
+
+import pytest
+
+from matrixmania import rot_2D, rot_3D
+
+
+def test_rot_2D_90_degrees():
+    # Arrange
+    angle = pi / 2
+    expected = [
+        [0.0, -1.0],
+        [1.0, 0.0],
+    ]
+
+    # Act
+    result = rot_2D(angle)
+
+    # Assert
+    assert len(result) == len(expected)
+    for actual_row, expected_row in zip(result, expected):
+        assert actual_row == pytest.approx(expected_row)
+
+
+def test_rot_2D_invalid_angle():
+    # Arrange
+    angle = "ungueltig"
+
+    # Act & Assert:
+    # Aufruf ausführen und prüfen, dass ein TypeError entsteht.
+    with pytest.raises(TypeError):
+        rot_2D(angle)
+
+
+@pytest.mark.parametrize(
+    "axis, expected",
+    [
+        (
+            "x",
+            [
+                [1.0, 0.0, 0.0],
+                [0.0, 0.0, -1.0],
+                [0.0, 1.0, 0.0],
+            ],
+        ),
+        (
+            "y",
+            [
+                [0.0, 0.0, 1.0],
+                [0.0, 1.0, 0.0],
+                [-1.0, 0.0, 0.0],
+            ],
+        ),
+        (
+            "z",
+            [
+                [0.0, -1.0, 0.0],
+                [1.0, 0.0, 0.0],
+                [0.0, 0.0, 1.0],
+            ],
+        ),
+    ],
+)
+def test_rot_3D_90_degrees(axis, expected):
+    # Arrange
+    angle = pi / 2
+
+    # Act
+    result = rot_3D(angle, axis)
+
+    # Assert
+    assert len(result) == len(expected)
+    for actual_row, expected_row in zip(result, expected):
+        assert actual_row == pytest.approx(expected_row)
+
+
+@pytest.mark.parametrize("axis", ["a", "", "X"])
+def test_rot_3D_invalid_axis(axis):
+    # Arrange
+    angle = pi / 2
+
+    # Act & Assert:
+    # Aufruf ausführen und den erwarteten ValueError prüfen.
+    with pytest.raises(ValueError):
+        rot_3D(angle, axis)
+
+
+def test_rot_3D_invalid_angle():
+    # Arrange
+    angle = "ungueltig"
+    axis = "x"
+
+    # Act & Assert:
+    # Aufruf ausführen und den erwarteten TypeError prüfen.
+    with pytest.raises(TypeError):
+        rot_3D(angle, axis)