03定常波なわとびハーモニクス

<main class="stage">
<div class="ss" id="ss">
  <p class="ss__hint">
    <svg class="ss__ico" viewBox="0 0 256 256" aria-hidden="true"><g fill="currentColor"><path d="M32 120h192a8 8 0 0 0 0-16H32a8 8 0 0 0 0 16Z"/><path d="M224 136H32a8 8 0 0 0 0 16h192a8 8 0 0 0 0-16Z"/><path d="M128 88a44 44 0 0 0-44 44a8 8 0 0 0 8 8h72a8 8 0 0 0 8-8a44 44 0 0 0-44-44Zm-26.91 36A28 28 0 0 1 128 104a28 28 0 0 1 26.91 20Z"/><circle cx="52" cy="60" r="12"/><circle cx="204" cy="60" r="12"/></g></svg>
    <span>固定された両端の間 — ハーモニクスが順に変わる弦の定常波</span>
  </p>
  <div class="ss__field" id="field" role="application" aria-label="定常波の弦振動の実験盤">
    <canvas class="ss__cv" id="cv"></canvas>
    <b class="ss__badge" aria-hidden="true"><span class="ss__badgeNum">3</span><span class="ss__badgeUnit">次ハーモニクス</span></b>
  </div>
</div>
</main>

@use "../../../../site/static/demo-tokens" as *;

// 정상파 줄넘기 하모닉 — 1~N 차 하모닉 사인 합성으로 줄 모양을 그린다.
// 움직임은 전부 캔버스 rAF 루프 안에 있다. @keyframes 0개.

$duration: $dur-loop;
$easing: $ease-spring;
$color: $subject-lilac;

@include stage($stage-paper);

.ss {
  --string: #{$subject-lilac};
  --node: #{$subject-blue};
  --rail: #{rgba($subject-ink, .14)};
  --ink-fg: #{$subject-ink};
  --badge-bg: #{rgba($subject-ink, .78)};
  --badge-fg: #{$subject-cream};

  display: flex; flex-direction: column; gap: $sp-2;
  width: 100%; max-width: 424px;
}

.ss__hint {
  display: flex; align-items: center; gap: $sp-1; margin: 0;
  font-weight: 700; font-size: clamp(10px, 2.8vw, 12px); line-height: 1.35;
  color: var(--ink-fg);
}

.ss__ico { width: 16px; height: 16px; flex: 0 0 auto; color: $subject-lilac; }

.ss__field {
  position: relative; height: 208px;
  border-radius: $r-card; overflow: hidden;
  background: $subject-cream;
  box-shadow: inset 0 0 0 1px rgba($subject-ink, .16);
}

.ss__cv { display: block; width: 100%; height: 100%; }

.ss__badge {
  position: absolute; right: $sp-2; top: $sp-2;
  display: flex; align-items: baseline; gap: $sp-1;
  padding: $sp-1 $sp-2; border-radius: $r-pill;
  background: var(--badge-bg);
  color: var(--badge-fg); font-weight: 700; font-size: 11px;
}

@media (max-width: 340px) {
  .ss__field { height: 124px; }
  .ss__badge { font-size: 10px; padding: 0 $sp-1; }
}

@media (prefers-reduced-motion: reduce) {
  .ss.is-still .ss__badge { opacity: .92 !important; }
}

html, body {
  margin: 0;
  overflow: hidden;
}

.stage {
  box-sizing: border-box;
  min-height: 100vh;
  display: grid;
  place-items: center;
  margin: 0;
  background: #ffffff;
  font-family: -apple-system, "Segoe UI", "Noto Sans KR", sans-serif;
  padding: clamp(8px, 4vw, 24px);
}

.ss {
  --string: #b9a0ff;
  --node: #2f6df6;
  --rail: rgba(23, 20, 26, 0.14);
  --ink-fg: #17141a;
  --badge-bg: rgba(23, 20, 26, 0.78);
  --badge-fg: #fff7e6;
  display: flex;
  flex-direction: column;
  gap: 8px;
  width: 100%;
  max-width: 424px;
}

.ss__hint {
  display: flex;
  align-items: center;
  gap: 4px;
  margin: 0;
  font-weight: 700;
  font-size: clamp(10px, 2.8vw, 12px);
  line-height: 1.35;
  color: var(--ink-fg);
}

.ss__ico {
  width: 16px;
  height: 16px;
  flex: 0 0 auto;
  color: #b9a0ff;
}

.ss__field {
  position: relative;
  height: 208px;
  border-radius: 16px;
  overflow: hidden;
  background: #fff7e6;
  box-shadow: inset 0 0 0 1px rgba(23, 20, 26, 0.16);
}

.ss__cv {
  display: block;
  width: 100%;
  height: 100%;
}

.ss__badge {
  position: absolute;
  right: 8px;
  top: 8px;
  display: flex;
  align-items: baseline;
  gap: 4px;
  padding: 4px 8px;
  border-radius: 999px;
  background: var(--badge-bg);
  color: var(--badge-fg);
  font-weight: 700;
  font-size: 11px;
}

@media (max-width: 340px) {
  .ss__field {
    height: 124px;
  }
  .ss__badge {
    font-size: 10px;
    padding: 0 4px;
  }
}
@media (prefers-reduced-motion: reduce) {
  .ss.is-still .ss__badge {
    opacity: 0.92 !important;
  }
}

// 정상파 줄넘기 하모닉 — 양 끝이 고정된 줄 위의 정상파는 sin(nπx/L) 꼴이다.
// 1차·2차·3차 하모닉을 시간이 지나며 차례로 지나가게 하고, 마디(node) 위치에 고정 점을 찍는다.
// 매 프레임 lineTo 로 줄을 다시 그린다 — 속성 트윈이 아니라 계산으로 그린다.
var root = document.getElementById('ss');
var field = document.getElementById('field');
var cv = document.getElementById('cv');
var ctx = cv.getContext('2d');

var css = getComputedStyle(root);
var STRING = css.getPropertyValue('--string').trim();
var NODE = css.getPropertyValue('--node').trim();
var RAIL = css.getPropertyValue('--rail').trim();
var INK = css.getPropertyValue('--ink-fg').trim();

var LOOP = 2;                // 하모닉 하나가 머무는 시간 포함 전체 사이클(초)
var SEG = 120;               // 줄을 긋는 조각 수

var reduce = window.matchMedia('(prefers-reduced-motion: reduce)').matches;
var W = 0, H = 0, dpr = 1, raf = 0;
var numEl = document.querySelector('.ss__badgeNum');

function fit() {
  var r = field.getBoundingClientRect();
  dpr = window.devicePixelRatio || 1;
  W = r.width; H = r.height;
  cv.width = Math.round(W * dpr);
  cv.height = Math.round(H * dpr);
  ctx.setTransform(dpr, 0, 0, dpr, 0, 0);
}

// 지금 시각에 해당하는 하모닉 차수와 진폭 — 1→2→3차를 각각 머물렀다가 다음으로 넘어간다
function modeAt(sec) {
  var u = (sec % LOOP) / LOOP;         // 0..1 사이클
  var n = 1 + Math.floor(u * 3);       // 1, 2, 3차
  if (n > 3) n = 3;
  return n;
}

// 정상파 줄 모양 — sin(nπs) 를 s(0..1)를 따라 그린다. 진폭은 하모닉이 커질수록 줄어든다(에너지 보존 느낌)
function drawString(sec) {
  var n = modeAt(sec);
  var t = (sec % LOOP) / LOOP * Math.PI * 2 * 3;   // 진동 시계 — 하모닉 3개를 한 사이클로
  var x0 = W * 0.08, x1 = W * 0.92;
  var mid = H * 0.5;
  var amp = H * 0.3 / n;

  ctx.clearRect(0, 0, W, H);

  // 레일 — 줄이 얹힌 고정 지지대
  ctx.strokeStyle = RAIL;
  ctx.lineWidth = 1;
  ctx.beginPath();
  ctx.moveTo(x0 - 10, mid + 0.5); ctx.lineTo(x1 + 10, mid + 0.5);
  ctx.stroke();

  // 줄 — sin(nπs)·cos(ωt). 공간 부분과 시간 부분이 곱해진 것이 정상파의 정의다
  ctx.strokeStyle = STRING;
  ctx.lineWidth = 2.5;
  ctx.lineCap = 'round';
  ctx.beginPath();
  for (var i = 0; i <= SEG; i++) {
    var s = i / SEG;
    var x = x0 + (x1 - x0) * s;
    var y = mid - Math.sin(Math.PI * n * s) * amp * Math.cos(t);
    if (i === 0) ctx.moveTo(x, y); else ctx.lineTo(x, y);
  }
  ctx.stroke();

  // 마디(node) — sin(nπs)=0 인 지점 n−1 개. 줄이 흔들려도 절대 움직이지 않는 점이다
  ctx.fillStyle = NODE;
  for (var k = 1; k < n; k++) {
    var nx = x0 + (x1 - x0) * (k / n);
    ctx.beginPath();
    ctx.arc(nx, mid, 4, 0, Math.PI * 2);
    ctx.fill();
  }

  // 고정단 — 양 끝의 핀
  ctx.fillStyle = INK;
  ctx.beginPath(); ctx.arc(x0, mid, 5, 0, Math.PI * 2); ctx.fill();
  ctx.beginPath(); ctx.arc(x1, mid, 5, 0, Math.PI * 2); ctx.fill();

  if (numEl && numEl.textContent !== String(n)) numEl.textContent = String(n);
}

function frame(now) {
  drawString(now / 1000);
  raf = requestAnimationFrame(frame);
}

fit();
window.addEventListener('resize', function () { fit(); if (reduce) drawString(0.1); });
if (reduce) {
  // reduce — 루프 없이 1次ハーモニクス 최대 진폭의 한 장만 그린다
  root.classList.add('is-still');
  drawString(0.1);
} else {
  raf = requestAnimationFrame(frame);
}

// StandingString — vanilla 판(run/303/demo/03-wave-standing-string/index.html) 의 React 포트.
// 양 끝이 고정된 줄 위의 정상파는 sin(nπx/L) 꼴이다. 1·2·3차 하모닉을 차례로 지나가게 하고
// 마디(node) 위치에 고정 점을 찍는다. 매 프레임 lineTo 로 줄을 다시 그린다 — 계산으로 그린다.
import { useEffect, useRef } from "react";
import type { CSSProperties } from "react";
import styles from "./StandingString.module.scss";

export type StandingStringProps = {
  duration?: number;
  easing?: string;
  accentColor?: string;
};

type Vars = CSSProperties & { "--duration"?: string; "--easing"?: string; "--color"?: string };

const TITLE = "정상파 줄넘기 하모닉 데모";
const HINT = "고정된 양 끝 사이 — 하모닉이 차례로 바뀌는 줄의 정상파";
const FIELD_LABEL = "정상파 줄 진동 실험판";
const BADGE_NUM = "1";
const BADGE_UNIT = "차 하모닉";

const LOOP = 2;     // 하모닉 하나가 머무는 시간 포함 전체 사이클(초)
const SEG = 120;    // 줄을 긋는 조각 수

export default function StandingString({
  duration = 2000,
  easing = "cubic-bezier(.2, .8, .2, 1)",
  accentColor = "#b9a0ff",
}: StandingStringProps) {
  const rootRef = useRef<HTMLDivElement>(null);
  const fieldRef = useRef<HTMLDivElement>(null);
  const cvRef = useRef<HTMLCanvasElement>(null);
  const numRef = useRef<HTMLSpanElement>(null);
  const vars: Vars = { "--duration": `${duration}ms`, "--easing": easing, "--color": accentColor };

  useEffect(() => {
    const root0 = rootRef.current;
    const field0 = fieldRef.current;
    const cv0 = cvRef.current;
    const numEl = numRef.current;
    if (!root0 || !field0 || !cv0) return;
    const ctx0 = cv0.getContext("2d");
    if (!ctx0) return;
    // 중첩 함수(클로저) 안에서는 가드로 좁힌 널 타입이 전달되지 않는다 — 확인된 값으로 다시 상수를 묶는다
    const root: HTMLDivElement = root0;
    const field: HTMLDivElement = field0;
    const cv: HTMLCanvasElement = cv0;
    const ctx: CanvasRenderingContext2D = ctx0;

    const css = getComputedStyle(root);
    const STRING = css.getPropertyValue("--string").trim();
    const NODE = css.getPropertyValue("--node").trim();
    const RAIL = css.getPropertyValue("--rail").trim();
    const INK = css.getPropertyValue("--ink-fg").trim();

    const reduce = window.matchMedia("(prefers-reduced-motion: reduce)").matches;
    let W = 0, H = 0, dpr = 1, raf = 0;

    function fit() {
      const r = field.getBoundingClientRect();
      dpr = window.devicePixelRatio || 1;
      W = r.width; H = r.height;
      cv.width = Math.round(W * dpr);
      cv.height = Math.round(H * dpr);
      ctx.setTransform(dpr, 0, 0, dpr, 0, 0);
    }

    // 지금 시각에 해당하는 하모닉 차수 — 1→2→3차를 각각 머물렀다가 다음으로 넘어간다
    function modeAt(sec: number) {
      const u = (sec % LOOP) / LOOP;         // 0..1 사이클
      let n = 1 + Math.floor(u * 3);         // 1, 2, 3차
      if (n > 3) n = 3;
      return n;
    }

    // 정상파 줄 모양 — sin(nπs) 를 s(0..1)를 따라 그린다. 진폭은 하모닉이 커질수록 줄어든다(에너지 보존 느낌)
    function drawString(sec: number) {
      const n = modeAt(sec);
      const t = ((sec % LOOP) / LOOP) * Math.PI * 2 * 3;   // 진동 시계 — 하모닉 3개를 한 사이클로
      const x0 = W * 0.08, x1 = W * 0.92;
      const mid = H * 0.5;
      const amp = (H * 0.3) / n;

      ctx.clearRect(0, 0, W, H);

      // 레일 — 줄이 얹힌 고정 지지대
      ctx.strokeStyle = RAIL;
      ctx.lineWidth = 1;
      ctx.beginPath();
      ctx.moveTo(x0 - 10, mid + 0.5); ctx.lineTo(x1 + 10, mid + 0.5);
      ctx.stroke();

      // 줄 — sin(nπs)·cos(ωt). 공간 부분과 시간 부분이 곱해진 것이 정상파의 정의다
      ctx.strokeStyle = STRING;
      ctx.lineWidth = 2.5;
      ctx.lineCap = "round";
      ctx.beginPath();
      for (let i = 0; i <= SEG; i++) {
        const s = i / SEG;
        const x = x0 + (x1 - x0) * s;
        const y = mid - Math.sin(Math.PI * n * s) * amp * Math.cos(t);
        if (i === 0) ctx.moveTo(x, y); else ctx.lineTo(x, y);
      }
      ctx.stroke();

      // 마디(node) — sin(nπs)=0 인 지점 n−1 개. 줄이 흔들려도 절대 움직이지 않는 점이다
      ctx.fillStyle = NODE;
      for (let k = 1; k < n; k++) {
        const nx = x0 + (x1 - x0) * (k / n);
        ctx.beginPath();
        ctx.arc(nx, mid, 4, 0, Math.PI * 2);
        ctx.fill();
      }

      // 고정단 — 양 끝의 핀
      ctx.fillStyle = INK;
      ctx.beginPath(); ctx.arc(x0, mid, 5, 0, Math.PI * 2); ctx.fill();
      ctx.beginPath(); ctx.arc(x1, mid, 5, 0, Math.PI * 2); ctx.fill();

      if (numEl && numEl.textContent !== String(n)) numEl.textContent = String(n);
    }

    function frame(now: number) {
      drawString(now / 1000);
      raf = requestAnimationFrame(frame);
    }

    function onResize() {
      fit();
      if (reduce) drawString(0.1);
    }

    fit();
    window.addEventListener("resize", onResize);
    if (reduce) {
      // reduce — 루프 없이 1차 하모닉 최대 진폭의 한 장만 그린다
      root.classList.add("is-still");
      drawString(0.1);
    } else {
      raf = requestAnimationFrame(frame);
    }
    return () => {
      cancelAnimationFrame(raf);
      window.removeEventListener("resize", onResize);
    };
  }, []);

  return (
    <main className={styles.stage}>
      <div className={styles.ss} style={vars} ref={rootRef}>
        <p className={styles["ss__hint"]}>
          <svg className={styles["ss__ico"]} viewBox="0 0 256 256" aria-hidden="true" focusable="false">
            <g fill="currentColor">
              <path d="M32 120h192a8 8 0 0 0 0-16H32a8 8 0 0 0 0 16Z" />
              <path d="M224 136H32a8 8 0 0 0 0 16h192a8 8 0 0 0 0-16Z" />
              <path d="M128 88a44 44 0 0 0-44 44a8 8 0 0 0 8 8h72a8 8 0 0 0 8-8a44 44 0 0 0-44-44Zm-26.91 36A28 28 0 0 1 128 104a28 28 0 0 1 26.91 20Z" />
              <circle cx="52" cy="60" r="12" />
              <circle cx="204" cy="60" r="12" />
            </g>
          </svg>
          <span>{HINT}</span>
        </p>
        <div className={styles["ss__field"]} role="application" aria-label={FIELD_LABEL} ref={fieldRef}>
          <canvas className={styles["ss__cv"]} ref={cvRef} aria-label={TITLE} />
          <b className={styles["ss__badge"]} aria-hidden="true">
            <span className={styles["ss__badgeNum"]} ref={numRef}>{BADGE_NUM}</span>
            <span className={styles["ss__badgeUnit"]}>{BADGE_UNIT}</span>
          </b>
        </div>
      </div>
    </main>
  );
}