TensorGame

Ein interaktives 3D-Lernspiel zum Erlernen von Tensoren und Tensor-Operationen in C++. Entwickelt mit Raylib für moderne Grafik und intuitive Visualisierung.

Features

Lektionen

• Lektion 1: Was sind Tensoren? - Grundlagen, Rang, Shape, Skalare, Vektoren, Matrizen
• Lektion 2: Tensoren erstellen - Factory-Methoden (zeros, ones, random, range, identity)
• Lektion 3: Tensor-Operationen - Mathematische Operationen, Matrixmultiplikation, Reduktionen
• Lektion 4: TensorDB - Tensoren speichern, laden und verwalten
• Lektion 5: Broadcasting - Shape-Manipulation und Broadcasting-Regeln
• Lektion 6: Neuronale Netze - Grundlagen neuronaler Netze mit Tensoren

3D-Visualisierung

Sieben verschiedene Visualisierungsmodi für Tensoren:

• Cubes - 3D-Würfel für jeden Tensor-Wert
• Spheres - Kugeln mit größenbasierter Skalierung
• Points - Punktwolken-Darstellung
• Heatmap - Farbbasierte Wertdarstellung
• Bars - Balkendiagramm-Stil
• Network - Netzwerk-Visualisierung für neuronale Netze
• Memory - Lineare Speicher-Layout-Ansicht

Quiz-System

• Multiple-Choice-Fragen
• Tensor-Shape-Rätsel
• Tensor-Wert-Berechnungen
• Code-Vervollständigung
• Wahr/Falsch-Fragen
• Animiertes Feedback und Punktesystem

Achievement-System

• 40+ Achievements in 7 Kategorien
• 5 Stufen: Bronze, Silber, Gold, Platin, Diamant
• Fortschrittsverfolgung
• Persistente Speicherung

Code-Editor

• Syntax-Highlighting für C++ und Tensor-Methoden
• Auto-Vervollständigung
• Live-Tensor-Vorschau
• Vorlagen für häufige Muster
• Undo/Redo-Funktionalität

Sandbox-Modus

• Freies Experimentieren mit Tensoren
• Interaktive Tensor-Erstellung
• Echtzeit-Operationen
• Konsole mit Befehlen

Installation

Voraussetzungen

• CMake 3.16 oder höher
• C++17-kompatibler Compiler (GCC 8+, Clang 7+, MSVC 2019+)
• OpenGL-Unterstützung

Build

# Repository klonen
git clone https://github.com/es-ist-leon/TensorGame.git
cd TensorGame
 
# Build-Verzeichnis erstellen
mkdir build && cd build
 
# CMake konfigurieren (Raylib wird automatisch heruntergeladen)
cmake ..
 
# Kompilieren
cmake --build . -j$(nproc)
 
# Ausführen
./TensorGame

Windows (Visual Studio)

mkdir build && cd build
cmake .. -G "Visual Studio 17 2022"
cmake --build . --config Release

Projektstruktur

TensorGame/
├── CMakeLists.txt
├── README.md
├── src/
│   ├── main.cpp                 # Einstiegspunkt
│   ├── tensor/
│   │   ├── Tensor.hpp/.cpp      # Tensor-Klasse
│   │   └── TensorDB.hpp/.cpp    # Tensor-Datenbank
│   ├── gui/
│   │   ├── Colors.hpp           # Farbpalette
│   │   ├── TensorVisualizer.hpp/.cpp  # 3D-Visualisierung
│   │   ├── UIComponents.hpp/.cpp      # UI-Elemente
│   │   └── Application.hpp/.cpp       # Hauptanwendung
│   ├── lessons/
│   │   ├── Lesson.hpp           # Basis-Klasse
│   │   ├── LessonManager.hpp/.cpp     # Lektionsverwaltung
│   │   └── Lesson1-6_*.cpp      # Einzelne Lektionen
│   ├── quiz/
│   │   └── Quiz.hpp/.cpp        # Quiz-System
│   ├── progress/
│   │   └── Achievements.hpp/.cpp # Achievement-System
│   ├── editor/
│   │   └── CodeEditor.hpp/.cpp  # Code-Editor
│   └── sandbox/
│       └── Sandbox.hpp/.cpp     # Sandbox-Modus

Steuerung

Allgemein

• ESC - Zurück / Menü
• Maus - UI-Interaktion

3D-Ansicht

• Linke Maustaste + Ziehen - Kamera rotieren
• Mausrad - Zoom
• WASD - Kamera bewegen
• Q/E - Kamera hoch/runter
• 1-7 - Visualisierungsmodus wechseln
• Space - Animation pausieren/fortsetzen
• R - Ansicht zurücksetzen

Code-Editor

• Strg+Z - Rückgängig
• Strg+Y - Wiederholen
• Strg+C - Kopieren
• Strg+V - Einfügen
• Tab - Auto-Vervollständigung akzeptieren
• F5 - Code ausführen

Tensor-API Übersicht

Tensor erstellen

// Verschiedene Erstellungsmethoden
Tensor scalar = Tensor::zeros({});           // Skalar
Tensor vector = Tensor::ones({5});           // Vektor
Tensor matrix = Tensor::random({3, 3});      // Matrix
Tensor tensor3d = Tensor::range({2, 3, 4});  // 3D-Tensor
Tensor identity = Tensor::identity(4);        // Einheitsmatrix

Operationen

// Element-weise Operationen
Tensor c = a + b;
Tensor d = a * b;
 
// Matrix-Operationen
Tensor result = a.matmul(b);
Tensor transposed = a.transpose();
Tensor reshaped = a.reshape({2, 6});
 
// Reduktionen
float sum = a.sum();
float mean = a.mean();
float max = a.max();

TensorDB

TensorDB db;
db.store("weights", tensor, {"neural_net", "layer1"});
Tensor loaded = db.get("weights");
auto results = db.findByTag("neural_net");
db.saveToFile("model.tdb");

Technologien

• C++17 - Moderne C++-Features
• Raylib 5.0 - Grafik und Fenster-Management
• CMake - Build-System mit FetchContent für Abhängigkeiten

Lizenz

MIT License - siehe LICENSE-Datei für Details.

Mitwirken

Beiträge sind willkommen! Bitte erstelle einen Pull Request oder öffne ein Issue für Vorschläge und Fehlerberichte.

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Entwickelt mit Leidenschaft für Bildung und Tensor-Mathematik.