06. 여섯 번째 수업: 파이썬 Matplotlib 로켓 위치/속도 3단 그래프 시각화

# [Python Code] 파이썬 관제 센터: 로켓 1차원 운동 3콤보 포물선(키네마틱스) 렌더링 UI
import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt
import sympy as sp

# 1. 텍스트 심볼 방정식 t (Time 초) 할당. "이건 시간이 지배하는 우주 뼈대다!"
t = sp.Symbol('t')

# 2. 방금 우리가 던진 수류탄 로켓 위치 뼈대 무식한 포물선 방정식:
# h(t) = -5(t^2) + 30t  (1차 기초 맵 위치 x-좌표 데이터)
position_expr = -5 * t**2 + 30 * t

# 3. 2연타 미분 체인 발동! 맵 해킹 속도(1스택), 가속도(2스택) 엔진 센서 마스터키 획득!
velocity_expr = sp.diff(position_expr, t)
acceleration_expr = sp.diff(position_expr, t, 2)

# Sympy 기호 공식을 numpy 초고속 실수(float) 배열 연산 도가니 리스트 함수로 변형!
pos_func = sp.lambdify(t, position_expr, 'numpy')
vel_func = sp.lambdify(t, velocity_expr, 'numpy')
acc_func = sp.lambdify(t, acceleration_expr, 'numpy')

# 4. 물리 시뮬레이터 시간의 굴레(Time Bound) 타임라인 어레이 렌더링! (0초부터 ~ 6초까지)
# 파편 100개 점으로 촘촘히 썰어서 난사
t_vals = np.linspace(0, 6, 100)

# 도출해 낸 100개의 미세 오차 타임라인을 각 뼈대에 광속 대입!
p_vals = pos_func(t_vals)
v_vals = vel_func(t_vals)
# 가속도는 t가 없어도 그냥 항시 -10 중력 고정 상수 배열로 강제 복제!
a_vals = np.full_like(t_vals, acc_func(1)) 

# 5. ============= Matplotlib 도화지 3단 샌드위치 렌더링 UI 셋업 =============
# 화면에 상단, 중단, 하단 3개 팩토리얼 분할 보드로 도면 생성
fig, axs = plt.subplots(3, 1, figsize=(8, 10), sharex=True)

# [상단 도면] 로켓의 높이 (포물선 커브 U자)
axs[0].plot(t_vals, p_vals, 'g-', lw=3, label="Position h(t)")
axs[0].axvline(x=3, color='grey', linestyle='--', alpha=0.5) # 최고점 도달 3초 선 뷰어!
axs[0].set_ylabel('Height (m)')
axs[0].set_title('Rocket Physics Dashboard (Kinematics)')
axs[0].legend()
axs[0].grid(True)

# [중단 도면] 로켓의 순간 스피드 센서 속도계 (1차 미분 V)
axs[1].plot(t_vals, v_vals, 'b-', lw=3, label="Velocity v(t)")
axs[1].axhline(y=0, color='r', linestyle='--', alpha=0.5) # 정점 스피드 0 브레이크 턴 존!
axs[1].axvline(x=3, color='grey', linestyle='--', alpha=0.5)
axs[1].set_ylabel('Velocity (m/s)')
axs[1].legend()
axs[1].grid(True)

# [하단 도면] 중력 G-force 가속 압박 데미지 센서 (2차 더블 미분 A)
axs[2].plot(t_vals, a_vals, 'r-', lw=3, label="Acceleration a(t)")
axs[2].set_xlabel('Time (s)')
axs[2].set_ylabel('Acceleration (m/s^2)')
axs[2].legend()
axs[2].grid(True)

# 패널 간격 최적화 정렬 및 UI 플롯 폭발 모니터 표출 
plt.tight_layout()
plt.show() # (이 코드를 당신의 PC나 코랩 쥬피터에서 치면 기괴하고 압도적인 3단 맵핑 라인이 터집니다!)