CN113099213A - 一种三维图像显示处理装置和方法 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种三维图像显示处理装置和方法，该装置包括：显示部和驱动部，其中，显示部包括：多个移动杆和多个显示单元，其中，多个移动杆中的每个移动杆的顶端均设置有一个显示单元，每个移动杆均能够在驱动部的驱动下进行伸缩，伸缩带动显示单元在垂直于平面的方向上运动，多个移动杆排列成阵列；显示单元用于呈现图像信息；驱动部包括第一驱动单元，其中，第一驱动单元用于驱动多个移动杆进行伸缩。通过本申请解决了现有技术在展示三维设计时出现的问题，为提高三维设计展示的准确性、交互性以及降低展示成本提供了可能。
Description
技术领域
本申请涉及到三维图像领域，具体而言，涉及一种三维图像显示处理装置和方法。
背景技术
在三维装饰画设计领域需要设计师能够在三维状态下呈现自己的设计效果，从而对自己的设计进行调整和修改。
在相关技术中，有两种方案：一种是采用VR将三维装饰画通过VR眼镜呈现；另一种是用3D打印机或者手工制作出装饰画中的三维造型，然后将图像和色彩信息贴合或绘制于表面。
这两种相关技术中的方案均有自己的缺点。VR技术呈现的三维设计既有三维造型信息，又有图案色彩信息的复杂曲面,计算机的精细渲染非常耗时，并且效果不佳。另外用于教学展示和交互困难，每个人都带着VR眼镜，不方便也不利于群组讨论。用3D打印机打印技术造型困难、速度慢、周期长、改动困难、费用高，而且不具备可以实时交互设计并展现设计结果。导致这些问题存在的原因是没有一种适合进行三维设计显示的装置。
针对上述三维设计展示所存在的问题，目前现有技术中尚未提出解决方案。
发明内容
本申请实施例提供了一种三维图像显示处理装置和方法，以至少解决由于现有技术中缺少适合进行三维设计显示的装置从而导致在展示三维设计时出现的问题。
根据本申请的一个方面，提供了一种三维图像显示处理装置，包括：显示部和驱动部，其中，所述显示部包括：多个移动杆和多个显示单元，其中，所述多个移动杆中的每个移动杆的顶端均设置有一个所述显示单元，所述每个移动杆均能够在所述驱动部的驱动下进行伸缩，所述伸缩带动所述显示单元在垂直于平面的方向上运动，所述多个移动杆排列成阵列；所述显示单元用于呈现图像信息；所述驱动部包括第一驱动单元，其中，所述第一驱动单元用于驱动所述多个移动杆进行伸缩。
进一步地，所述显示单元为显示膜，其中，所述图像信息被投射在所述显示膜上；和/或，所述显示单元为显示屏，其中，所述显示屏能够显示所述图像信息，所述显示屏包括柔性显示屏或非柔性显示屏。
进一步地，在所述显示单元为所述显示膜的情况下，所述显示部还包括：第二驱动单元，与所述显示膜耦合，用于驱动所述显示膜呈现三维起伏。
进一步地，所述第二驱动单元包括：气压模块，用于在第二驱动单元内部的空间形成预定气压值，其中，所述预定气压值由处理器所控制；气孔，与所述气压模块耦合，用于进出气体；气压传感器，用于检测所述第二驱动单元内部的控件的气压。
进一步地，所述显示膜由以下至少之一制成：聚氨酯PU、热塑性聚氨酯弹性体橡胶TPU、聚二甲基硅氧烷PDMS；所述显示膜上涂抹或未涂抹显示漆。
进一步地，所述装置还包括：一个或多个投影仪，用于将多媒体信息投射到所述显示单元上。
进一步地，所述装置还包括：软件，其中，所述软件，用于根据三维图像向所述第一驱动单元发送第一命令，其中，所述第一命令用于指示所述第一驱动单元驱动所述多个移动杆的部分或全部进行伸缩形成所述三维图像对应的三维造型；所述软件，还用于发送第二命令，其中，所述第二命令用于指示将所述三维图像的图案和/或色彩通过所述多个显示单元的部分或全部进行显示。
进一步地，所述软件还用于获取所述三维图像，并根据所述三维图像得到所述三维造型以及所述图像和所述彩色中的至少之一。
进一步地，所述装置还包括：存储器和/或处理器，其中，所述存储器用于存储所述软件，所述处理器用于执行所述软件。
进一步地，所述显示单元与所述移动杆固定连接，或者，所述显示单元与所述移动杆活动连接，其中，所述活动连接使得所述显示单元能相对于所述移动杆产生倾角。
根据本申请的另一个方面，还提供了一种三维图像显示处理方法，所述方法为上述三维图像显示处理装置中的所述软件所执行的步骤，所述方法包括：获取所述三维图像，并根据所述三维图像得到所述三维造型以及所述图像和所述彩色中的至少之一；根据三维图像向所述第一驱动单元发送第一命令，其中，所述第一命令用于指示所述第一驱动单元驱动所述多个移动杆的部分或全部进行伸缩形成所述三维图像对应的三维造型；发送第二命令，其中，所述第二命令用于指示将所述三维图像的图案和/或色彩通过所述多个显示单元的部分或全部进行显示。
在本申请实施例中，采用了显示部和驱动部，其中，所述显示部包括：多个移动杆和多个显示单元，其中，所述多个移动杆中的每个移动杆的顶端均设置有一个所述显示单元，所述每个移动杆均能够在所述驱动部的驱动下进行伸缩，所述伸缩带动所述显示单元在垂直于平面的方向上运动，所述多个移动杆排列成阵列；所述显示单元用于呈现图像信息；所述驱动部包括第一驱动单元，其中，所述第一驱动单元用于驱动所述多个移动杆进行伸缩。通过本申请解决了现有技术在展示三维设计时出现的问题，为提高三维设计展示的准确性、交互性以及降低展示成本提供了可能。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
图1是根据本申请实施例的三维图像显示处理装置的显示部的示意图；
图2是根据本申请实施例的三维图像显示处理装置的示意图一；
图3是根据本申请实施例的三维盘子处理显示示意图；
图4是根据本申请实施例的三维图像显示处理方法的流程图；
图5是根据本申请实施例的三维装饰画的示意图；
图6是根据本申请实施例的三维装饰画的透视示意图；
图7是根据本申请实施例的三维装饰画的剖面图；
图8是根据本申请实施例的三维图像显示处理装置的示意图二；
图9是根据本申请实施例的显示单元和移动杆产生倾角的示意图一；
图10是根据本申请实施例的显示单元和移动杆产生倾角的示意图二。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。
需要说明的是，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。
在本实施例中提供了一种三维图像显示处理装置，包括：显示部和驱动部，其中，显示部包括：多个移动杆12和多个显示单元11。图1是根据本申请实施例的一种三维图像显示处理装置的显示部的示意图，在图1中示出了显示部的一组组件，一组组件包括一个显示单元11和一个移动杆12，显示单元11设置在移动杆12的顶端。本实施例中的显示处理装置中的每组组件均包括图1示出的显示单元11和移动杆12，即多个移动杆12中的每个移动杆12的顶端均设置有一个显示单元11。每个移动杆12均能够在驱动部(在图1中未示出)的驱动下进行伸缩，伸缩带动显示单元11在垂直于平面的方向上运动，多个移动杆12排列成阵列；显示单元11用于呈现图像信息；驱动部包括第一驱动单元(在图1中未示出)，第一驱动单元用于驱动多个移动杆12进行伸缩。
通过本实施例提供的装置，每个移动杆12都可以伸缩从而调整成不同的高度，当多个移动杆12排列成阵列之后，就可以通过移动杆12之间的不同高度呈现出一个三维的形态或造型。呈现三维的形态之后，再通过顶端的显示单元11展示出该三维形态或造型的图案和/或色彩，从而可以将一个三维设计展现出来。这种展示方式不需要VR眼镜，也可以灵活调整，因此，解决了现有技术在展示三维设计时出现的问题，为提高三维设计展示的准确性、交互性以及降低展示成本提供了可能。
作为一个可选的实施方式，在每个移动杆12的底部还可以安装移动部，该移动部可以带动移动杆12进行位置的移动。例如，移动杆12可以安装在底盘上，底盘上设置有多个轨道，移动部可以带动移动杆12在轨道上移动。在这种情况下，可以通过软件识别三维设计所需要的显示单元的数量，按照三维设计的俯视投影图保留需要的显示单元，其余显示单元移动到空闲处，这样会使三维显示更加美观。
显示单元11的实现方式可以有两种，一种是将多媒体信息(例如，图像信息)通过其他设备(例如投影仪)投射到显示单元11上，此时，显示单元11为显示膜202，其中，图像信息被投射在显示膜202上。这种实现方式需要投影仪进行配合；投影仪可以是一个或多个，用于将多媒体信息投射到显示单元11上。显示膜202由可以以下至少之一制成：聚氨酯PU、热塑性聚氨酯弹性体橡胶TPU、聚二甲基硅氧烷PDMS；为了取得更好的显示效果，显示膜202上可以涂抹显示漆，当然也可以不涂抹显示漆。
在另一种实现方式中，显示单元11为柔性显示屏，即显示单元11自己就可以进行显示，因为，柔性显示屏是能够显示图像信息的。在该实现方式中不需要投影仪配合。或者显示单元11直接是显示屏就行，通过多个小块的显示屏的运动可以呈现出三维设计。该实施方式成本比第一种实施方式高，但是实现更加简单。在下文中重点介绍第一种显示膜202的实现方式。
在一个可选的实施例中，如果每个移动杆上的显示单元做得比较小，则可以在形成三维曲面的时候比较平滑，在该实施方式下，移动杆的端面(即与显示单元耦合之处)相对于移动杆可以是固定的，此时，显示单元相对于移动杆是固定连接。为了让曲面更加平滑，也可以将移动杆的端面相对于移动杆是活动连接的，该活动连接使该端面的倾斜的方向可以朝向显示平面的横向和竖向产生任意角度的倾角，或者显示单元可以相对于移动杆产生任意角度的倾角。该倾角目的在于使得显示面在构建三维造型时，显示面可以更加平滑。该功能可以增加一个第三驱动单元来实现，或者也可以有通过第一驱动单元来实现，该第三驱动单元可以调整倾角，也由如下实施例中的软件来进行控制。
图8是根据本申请实施例的三维图像显示处理装置的示意图二，如图8所示，显示端面向横向倾斜，多个端面构建一个平滑的显示面。倾角的调整可以是在一个方向进行调整，图9是根据本申请实施例的显示单元和移动杆产生倾角的示意图一，如图9所示的结构可以产生是单方向倾角；倾角的调整也可以调整多个方向，图10是根据本申请实施例的显示单元和移动杆产生倾角的示意图二，如图10所示的结构可以产生XY任意倾角。
在另一个可选的实施方式中，在显示单元11为显示膜202的情况下，可能需要对显示膜202的平整程度或者形变进行调整。所以，作为一个比较优的实施方式是，增加一个第二驱动单元201。图2是根据本申请实施例的三维图像显示处理装置的示意图一，如图2所示，显示部还包括：第二驱动单元201，与显示膜202耦合，用于驱动显示膜202呈现三维起伏。
第二驱动单元201的驱动方式有很多种，例如在图2中示出的是一种气动驱动的方式，如图2所示，第二驱动单元201包括：气压模块203，用于在第二驱动单元201内部的空间形成预定气压值，其中，预定气压值由处理器所控制；气孔203，与气压模块203耦合，用于进出气体；气压传感器(在图2中未示出)，用于检测第二驱动单元201内部的控件的气压。下面结合一个例子对图2中示出的实施方式进行说明。
在该例子中，显示面的点阵构建使用单独的可以垂直于显示平面运动的移动杆12拼装成为二维阵列结构。该移动杆12可以为电动杆或气动杆，每个移动杆12顶端安装一个多边形或者类圆形端片(即第二驱动单元201)用于驱动铺装在端面阵列表面的显示薄膜呈现三维起伏。该移动杆12点阵在计算机控制下呈现三维装饰画的三维起伏信息。显示薄膜(即显示膜202)如PU、TPU、PDMS等平铺于点阵的表面，用于接收投影仪的投影图像信息。为增强显示性能，投影漆可以均匀涂于表面，使得显示面亮度系数不低于0.6为佳。该装置有一个负压装置(即气压模块203)，例如风机将内部空气通过排气口(即气孔203)排出装置，使得装置内部形成负压。气压传感器用于检测内部负压数值并由控制器将压力值控制在用户设定值。该负压使得薄膜的背面贴合移动杆12的各个端面，负压值的设定可以由用户调节，使得显示面薄膜最佳贴合于移动杆12的端面，并使得起伏面部位的畸变最小。该薄膜有一定的强度和厚度用于抵消相邻移动杆12的端面起伏梯度过大造成的边缘尖锐所致的三维信息的歧变失真。移动杆12的端面和相邻端面之间需要为移动预留一定的间隙，在显示特定图形时，例如显示面起伏变化梯度较大的位置，端面与相邻端面会形成阶梯状，薄膜的强度和厚度结合负压的调节，将有利于平滑这种阶梯状变形，使得显示面尽量的趋于平滑。
本装置可以通过软件来控制气压值，该软件也可以进行其他的控制。该软件可以安装到任何有计算能力的平台上，该平台包括：存储器和/或处理器，其中，存储器用于存储软件，处理器用于执行软件。例如，软件可以安装在计算机上。优选的，所述装置还包括有线通信接口和/或无线通信接口，用于与用户计算机之间实现数据传输。图3是根据本申请实施例的三维盘子处理显示示意图，如图3所示，该软件安装在计算机上，该装置还包括：一个或多个投影仪，用于将多媒体信息投射到显示单元11上，图3中的第一驱动单元为电动杆和/或气动杆控制器。
下面对该软件的功能进行说明。
软件，用于根据三维图像向第一驱动单元发送第一命令，其中，第一命令用于指示第一驱动单元驱动多个移动杆12的部分或全部进行伸缩形成三维图像对应的三维造型；软件，还用于发送第二命令，其中，第二命令用于指示将三维图像的图案和/或色彩通过多个显示单元11的部分或全部进行显示。
由于涉及到三维图像的处理，也可以把一些三维图像处理的功能加入到该软件中，此时，软件还用于获取三维图像，并根据三维图像得到三维造型以及图像和彩色中的至少之一。当然三维图像的处理也可以由另外一个软件实现。
上述的软件安装在计算机中，所以被称为计算机程序，这些计算机程序也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤，对应与不同的步骤可以通过不同的模块来实现。
图4是根据本申请实施例的三维图像显示处理方法的流程图，在图4中画出了上述软件执行的流程图，如图4所示，该流程包括如下步骤：
步骤S402，获取三维图像，并根据三维图像得到三维造型以及图像和彩色中的至少之一；
步骤S404，根据三维图像向第一驱动单元发送第一命令，其中，第一命令用于指示第一驱动单元驱动多个移动杆的部分或全部进行伸缩形成三维图像对应的三维造型；
步骤S406，发送第二命令，其中，第二命令用于指示将三维图像的图案和/或色彩通过多个显示单元的部分或全部进行显示。
作为一种比较优的实施方式，软件还可以增加获取反馈参数的功能，例如，发出第一命令之后，获取第一驱动单元驱动后的结果，判断结果的误差是否在预定范围之内，如果在，则需要进行误差矫正。
上述程序可以运行在处理器中，或者也可以存储在存储器中(或称为计算机可读介质)，计算机可读介质包括永久性和非永久性、可移动和非可移动媒体可以由任何方法或技术来实现信息存储。信息可以是计算机可读指令、数据结构、程序的模块或其他数据。计算机的存储介质的例子包括，但不限于相变内存(PRAM)、静态随机存取存储器(SRAM)、动态随机存取存储器(DRAM)、其他类型的随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、快闪记忆体或其他内存技术、只读光盘只读存储器(CD-ROM)、数字多功能光盘(DVD)或其他光学存储、磁盒式磁带，磁带磁磁盘存储或其他磁性存储设备或任何其他非传输介质，可用于存储可以被计算设备访问的信息。按照本文中的界定，计算机可读介质不包括暂存电脑可读媒体(transitory media)，如调制的数据信号和载波。
下面结合绘制三维盘子绘制例子对上述实施例及可选实施方式进行说明。在下述例子中，涉及到上述实施例中的多个可选实施方式。本例子中使用的三维设计如图5到图7所示，其中，图5是根据本申请实施例的三维装饰画的示意图；图6是根据本申请实施例的三维装饰画的透视示意图；以及，图7是根据本申请实施例的三维装饰画的剖面图。下面对本例子进行说明。
本例子中可以包括一台计算机或者智能装置，以及运行于该装置上的应用软件；一台或者多台投影仪；一个基于移动杆二维阵列构成的可变换造型的显示面和相关的移动杆驱动以及辅助装置。软件运行于计算机或者智能装置上，将三维装饰画设计中色彩、图案、三维起伏造型信息解析后用于驱动移动杆控制器和投影仪。
本例子设计了一副装饰画，内容为中间镶嵌一个带精美图案的盘子，盘子的周围有图案围绕装饰(如图5和图7所示)。设计师运用三维设计软件如solidworks等，设计装饰画的幅面构建，盘子的造型构建，图案、色彩的设计与渲染。然后运行于计算机的应用软件将该设计中三维造型数据提取，用于构建垂直于显示面的起伏，并驱动显示面阵列中相应位置的每个点运动到指定位置。此时显示面呈现为一个无色彩的曲面，中间突出一个盘子的造型。然后计算机将设计中装饰画的图案和色彩内容提取并传输至一个或者多个投影仪，投影仪将色彩和图案投影于显示面之上。如此一副带着色彩、图案、造型的三维装饰画就展现出来了。
三维装饰画软件设计稿中包含了图案和色彩的设计，取垂直于显示面视角的画面进行渲染，软件完成渲染后由投影仪直接将画面投影于本装置显示面的相应位置。投影仪所处位置应相对于显示面垂直，位于显示面的中心位置。
若投影的图案和色彩信息为平面图案(如平面手绘稿)，则该画面投影在盘子的三维曲面上会产生拉伸或者压缩形变，应用软件要根据盘子的三维造型信息对需要投影至盘子上和相邻周边的图案信息做出形变修正，然后再通过投影仪投射修正后的图案和色彩，以确保投射与设计相符合的图案和色彩。
一个显示面用于呈现三维装饰画。该显示面拥有一个受计算机控制的显示点阵，全部或者部分点阵可以被驱动相对于显示面的垂直方向移动，点阵的表面铺装一层有一定厚度的柔性显示材料，用于显示投影图像并使得显示表面平滑无尖锐起伏。装饰画的三维造型信息经计算机解析后控制显示面点阵沿着垂直于显示面的方向运动到指定位置，构建出装饰画中的三维造型。
一台或者多台投影仪用于接收计算机输出的信息，将装饰画的图案和色彩等信息投影到该显示面。
综上一副三维装饰画可以立体的呈现在用户面前，拥有三维起伏造型、图案、色彩，图像经过渲染，可以局部或者整图凸显出装饰画的材质。
上述例子中的三维图形设计装置用于解决目前三维装饰画设计过程中制作成本高，设计修改周期长，设计者缺乏可以触摸的实物的三维交互手段。即便在于VR盛行的当下，现实中可以触摸并多角度观测的设计方法对于三维装饰画的设计仍然是十分必须的。上述例子构建了一种快速实现三维图形设计的装置以及方法，设计师将需要展示的三维装饰画经过电脑软件解析,三维设计信息经由解析后，在计算机的控制下，可移动点阵阵列构建显示面Z方向的起伏，形成设计展现所需的三维显示面。画面的图案和色彩使用一个或者多个投影仪投影到显示面的对应位置，在这个带有Z方向起伏的三维显示面上，可以快速的将一副三维装饰画呈现在设计师面前。
该装置不仅可以用于三维立体装饰画设计、教学，还可以用于动态的三维立体装饰画展示，例如用于画廊、展厅等场合。还可以应用于任何需要三维立体图案设计与展示的场合，例如景区和楼盘的三维地图沙盘的展示，可以同一个展示装置上动态的切换展示的景点和区域。
以上仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。
Claims (11)
1.一种三维图像显示处理装置，其特征在于，包括：显示部和驱动部，其中，
所述显示部包括：多个移动杆和多个显示单元，其中，所述多个移动杆中的每个移动杆的顶端均设置有一个所述显示单元，所述每个移动杆均能够在所述驱动部的驱动下进行伸缩，所述伸缩带动所述显示单元在垂直于平面的方向上运动，所述多个移动杆排列成阵列；所述显示单元用于呈现图像信息；
所述驱动部包括第一驱动单元，其中，所述第一驱动单元用于驱动所述多个移动杆进行伸缩。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，
所述显示单元为显示膜，其中，所述图像信息被投射在所述显示膜上；和/或，
所述显示单元为显示屏，其中，所述显示屏能够显示所述图像信息，所述显示屏包括柔性显示屏或非柔性显示屏。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，在所述显示单元为所述显示膜的情况下，所述显示部还包括：
第二驱动单元，与所述显示膜耦合，用于驱动所述显示膜呈现三维起伏。
4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述第二驱动单元包括：
气压模块，用于在第二驱动单元内部的空间形成预定气压值，其中，所述预定气压值由处理器所控制；
气孔，与所述气压模块耦合，用于进出气体；
气压传感器，用于检测所述第二驱动单元内部的控件的气压。
5.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述显示膜由以下至少之一制成：聚氨酯PU、热塑性聚氨酯弹性体橡胶TPU、聚二甲基硅氧烷PDMS；所述显示膜上涂抹或未涂抹显示漆。
6.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：
一个或多个投影仪，用于将多媒体信息投射到所述显示单元上。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：软件，其中，
所述软件，用于根据三维图像向所述第一驱动单元发送第一命令，其中，所述第一命令用于指示所述第一驱动单元驱动所述多个移动杆的部分或全部进行伸缩形成所述三维图像对应的三维造型；
所述软件，还用于发送第二命令，其中，所述第二命令用于指示将所述三维图像的图案和/或色彩通过所述多个显示单元的部分或全部进行显示。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，
所述软件还用于获取所述三维图像，并根据所述三维图像得到所述三维造型以及所述图像和所述彩色中的至少之一。
9.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：存储器和/或处理器，其中，所述存储器用于存储所述软件，所述处理器用于执行所述软件。
10.根据权利要求1至6中任一项所述的装置，其特征在于，所述显示单元与所述移动杆固定连接，或者，所述显示单元与所述移动杆活动连接，其中，所述活动连接使得所述显示单元能相对于所述移动杆产生倾角。
11.一种三维图像显示处理方法，其特征在于，所述方法为权利要求8所述的软件所执行的步骤，所述方法包括：
获取所述三维图像，并根据所述三维图像得到所述三维造型以及所述图像和所述彩色中的至少之一；
根据三维图像向所述第一驱动单元发送第一命令，其中，所述第一命令用于指示所述第一驱动单元驱动所述多个移动杆的部分或全部进行伸缩形成所述三维图像对应的三维造型；
发送第二命令，其中，所述第二命令用于指示将所述三维图像的图案和/或色彩通过所述多个显示单元的部分或全部进行显示。
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