周 赳， 陸爽懌

(浙江理工大學 浙江省絲綢與時尚文化研究中心， 浙江 杭州 310018)

傳統(tǒng)提花織物采用單一平面的設(shè)計模式[1]，通過結(jié)構(gòu)與色彩“一一對應(yīng)”的設(shè)計原則來模擬平面圖案的造型和色彩效果[2]。當前提花織物CAD系統(tǒng)的研發(fā)也同樣建立在單一平面設(shè)計模式之上[3]。這種將紋樣色彩與組織結(jié)構(gòu)一一對應(yīng)的設(shè)計方法不僅工作繁瑣，而且織物表面色彩表現(xiàn)存在很大的限制。自從“數(shù)碼紡織”概念提出以來[4-5]，提花織物的數(shù)碼化設(shè)計研究使提花織物逐漸擺脫了傳統(tǒng)手繪圖案的諸多限制。隨著提花織物計算機輔助設(shè)計系統(tǒng)和電子化提花和織造設(shè)備的應(yīng)用普及[6]，提花織物的設(shè)計和生產(chǎn)效率得到了極大的提高，也為提花織物全數(shù)碼化的技術(shù)創(chuàng)新研究創(chuàng)造了條件。

在提花織物全數(shù)碼化設(shè)計研究上，代表性的技術(shù)解決方案有組織與色卡自動匹配的方法[7]、不規(guī)則組織自動配置的方法[8]、規(guī)則組織分層組合設(shè)計的方法[9]。組織與色卡自動匹配的方法由美國北卡州立大學在研究織物自動測配色的基礎(chǔ)上提出，其基本原理是先制織組織色卡，再通過組織色卡測色獲得色彩數(shù)據(jù)去匹配新織物的色彩參數(shù)達到自動設(shè)計的目的，實驗的組織模型為歐洲織錦的多色經(jīng)結(jié)構(gòu)；不規(guī)則組織自動配置的方法由德國的Brevitex Ets Exploit公司在專利中發(fā)表，其基本原理是設(shè)定基本組織模型，通過識別數(shù)碼圖像的色彩來相應(yīng)增減組織點，以達到設(shè)計色彩仿真效果織物的目的；規(guī)則組織分層組合設(shè)計的方法由香港理工大學和浙江理工大學提出，其基本原理是借鑒數(shù)碼圖像色彩數(shù)據(jù)分層管理的方法來設(shè)計仿真效果提花織物。文獻研究發(fā)現(xiàn)，以上3種設(shè)計模式都是以設(shè)計圖案色彩仿真的提花織物為研究目標，由于色彩混合顯色原理不同，應(yīng)用上述設(shè)計方法得到的提花織物仿真效果是一種相對仿真的效果，而數(shù)碼圖像與傳統(tǒng)手繪紋樣相比，在藝術(shù)表現(xiàn)形式和創(chuàng)新空間2個方面均有較大差異，所以，實現(xiàn)提花織物真正數(shù)碼化設(shè)計創(chuàng)新的關(guān)鍵在于提出一種適用的設(shè)計模式，將數(shù)碼圖像設(shè)計方法與提花織物的設(shè)計方法在全數(shù)碼設(shè)計過程中有效結(jié)合，充分發(fā)揮數(shù)碼設(shè)計技術(shù)的優(yōu)勢，開發(fā)出具有數(shù)碼提花織物獨有創(chuàng)新效果的產(chǎn)品[7-9]。本文研究借鑒數(shù)碼圖像的分層設(shè)計原理，提出適用于提花織物數(shù)碼化設(shè)計的分層組合設(shè)計模式，通過對分層組合設(shè)計原理和設(shè)計方法的理論研究，以及設(shè)計應(yīng)用實踐，構(gòu)建起基于分層組合設(shè)計模式的提花織物數(shù)碼化設(shè)計創(chuàng)新的基本框架，為經(jīng)緯交織提花織物的全數(shù)碼程序化設(shè)計提供可行的技術(shù)解決方案。

1 分層組合設(shè)計模式的原理與方法

數(shù)碼提花分層組合設(shè)計模式的提出源于數(shù)碼圖像色彩原理的啟發(fā)。數(shù)碼圖像的色彩管理由全數(shù)字化的分層模式來呈現(xiàn)，包括數(shù)碼圖像的屏幕顯示和打印輸出，二者所表現(xiàn)出來的最終色彩均通過有限種基本色按比例混合得到，每種基本色的色彩數(shù)據(jù)都存儲在獨立的平面圖層中，換言之，不同平面圖層的色彩數(shù)據(jù)按比例混合后，即可得到數(shù)碼圖像中所有色點。而提花織物采用有限種經(jīng)緯線通過交織結(jié)構(gòu)來表達織紋圖案。二者的唯一區(qū)別在于呈現(xiàn)輸出圖案的方式，前者由屏幕顯示，后者由提花織物的織紋顯示。因此可以將數(shù)碼圖像的色彩分層組合設(shè)計原理應(yīng)用于提花織物的圖案和結(jié)構(gòu)設(shè)計，其技術(shù)關(guān)鍵是全數(shù)碼化的織物圖案(以下簡稱數(shù)碼圖案)和結(jié)構(gòu)設(shè)計如何在分層組合設(shè)計模式下得到統(tǒng)一。

提花織物“分層組合”設(shè)計的提出基于一種全數(shù)碼的設(shè)計流程?！胺謱咏M合”設(shè)計模式的基本原理如圖1所示，可以理解為：1)將數(shù)碼圖案直接用于提花織物設(shè)計；2)數(shù)碼圖案根據(jù)色彩特征進行分色，形成新的單色圖層；3)為每個單色圖層設(shè)計組織，形成單層結(jié)構(gòu)圖；4)組合若干單層結(jié)構(gòu)圖，形成組合結(jié)構(gòu)圖；5)根據(jù)組合結(jié)構(gòu)圖中各單層結(jié)構(gòu)圖特征選擇合適的經(jīng)緯紗線上機織造。

圖1 分層組合設(shè)計模式概念圖Fig.1 Design concept of layered-combination design mode

根據(jù)以上表述，在分層組合設(shè)計模式下的提花織物由若干個單色圖案和單層織物結(jié)構(gòu)組合而成，其圖案和結(jié)構(gòu)設(shè)計原理與傳統(tǒng)提花織物完全不同。

1.1 數(shù)碼圖案分層組合設(shè)計原理和方法

傳統(tǒng)手繪紋樣與數(shù)碼圖案最大的區(qū)別在于圖案效果的表達方式不同。傳統(tǒng)手繪紋樣是一種以實物形式表達設(shè)計效果的作品，而數(shù)碼圖案是一種以數(shù)字化虛擬形式表達效果的作品；傳統(tǒng)手繪紋樣為一次性最終效果，而數(shù)碼圖案可以通過數(shù)據(jù)分解、組合來實現(xiàn)再設(shè)計，這是傳統(tǒng)手繪紋樣無法比擬的。

從數(shù)碼圖案的構(gòu)成原理看，數(shù)碼圖案由有限個像素點構(gòu)成，每個像素點的色彩效果都由原色按不同比例混色而成，而每個像素點原色的色彩數(shù)據(jù)都獨立存放于不同的色彩數(shù)據(jù)層，任一數(shù)碼圖案的色彩可以按需分解成不同的原色通道，每一個原色通道只包含與之對應(yīng)的一種原色信息，如RGB三色、CMYK四色或其他原色。根據(jù)該構(gòu)成原理，織物圖案的數(shù)碼化分層組合設(shè)計原理為：1)任一數(shù)碼圖案根據(jù)不同的色彩模式可分離出若干原色通道，形成單一色彩數(shù)據(jù)的通道圖層；2)數(shù)碼圖案的圖案效果可以通過疊加若干個原色通道圖層來設(shè)計，且變化任一原色通道圖層的色彩信息可以實現(xiàn)數(shù)碼圖案的變化設(shè)計。數(shù)碼圖案的分層組合設(shè)計原理如圖2所示?？衫斫獬墒且环N基于色彩數(shù)據(jù)處理的、可進行圖案分解分層和變化組合的圖案設(shè)計模式。

圖2 數(shù)碼圖案分層組合設(shè)計原理Fig.2 Design principle of layered-combination design mode for digital pattern

另外，傳統(tǒng)手繪紋樣的色彩表現(xiàn)具有一個確定值，色彩數(shù)往往在64以下，而基于分層組合設(shè)計模式的數(shù)碼圖案的色彩表現(xiàn)沒有一個確定值，只有一個最大值，當每個單色圖層中的色彩變化為64個級別，4個單色圖層組合成一個數(shù)碼圖案時，理論上該數(shù)碼圖案最多能顯示644=16 777 216種混合色彩。因此，織物圖案的數(shù)碼化分層組合設(shè)計的提出為數(shù)碼提花織物的設(shè)計創(chuàng)新提供源源不斷的數(shù)碼化的設(shè)計資源，也為提花織物圖案與色彩的創(chuàng)新設(shè)計奠定基礎(chǔ)，而另一個技術(shù)關(guān)鍵是要提出滿足織物圖案分層組合設(shè)計的織物結(jié)構(gòu)設(shè)計方法。

1.2 織物結(jié)構(gòu)分層組合設(shè)計原理和方法

傳統(tǒng)單一平面設(shè)計模式與分層組合設(shè)計模式下的提花織物具有不同的結(jié)構(gòu)構(gòu)成原理。傳統(tǒng)提花織物結(jié)構(gòu)由輪廓清晰的單一組織構(gòu)成，其織紋效果主要由組織本身和相鄰組織間的關(guān)系決定；而分層組合設(shè)計模式下的織物結(jié)構(gòu)由若干個單層結(jié)構(gòu)組合而成，組織間沒有清晰輪廓，如何為單色圖層設(shè)計合適的全息組織，以及各單層結(jié)構(gòu)組合后的結(jié)構(gòu)關(guān)系決定了織物最終的織紋效果。所以，織物結(jié)構(gòu)關(guān)系由相鄰關(guān)系向組合關(guān)系的變化使分層組合設(shè)計模式具有全新的結(jié)構(gòu)設(shè)計原理，圖3示出提花織物結(jié)構(gòu)分層組合設(shè)計的原理圖。

圖3 提花織物結(jié)構(gòu)分層組合設(shè)計原理圖Fig.3 Design principle of layered-combination mode for jacquard structure design

與傳統(tǒng)單一平面的織物結(jié)構(gòu)設(shè)計方法比較，基于分層組合設(shè)計模式的結(jié)構(gòu)設(shè)計原理可表述為：1)數(shù)碼圖像的紋樣與色彩可分離形成單色圖層，單色圖層用于設(shè)計單層結(jié)構(gòu)，組合后形成組合結(jié)構(gòu)，通過調(diào)節(jié)單層結(jié)構(gòu)的關(guān)系可實現(xiàn)仿真效果和創(chuàng)新效果提花織物的設(shè)計；2)織物組合結(jié)構(gòu)由若干采用全息組織配置的單層結(jié)構(gòu)構(gòu)成，組合后形成的織物結(jié)構(gòu)從織物表面看沒有清晰的輪廓，沒有原始數(shù)據(jù)無法被仿冒；3)色經(jīng)色緯根據(jù)織物組合結(jié)構(gòu)中各單層結(jié)構(gòu)的特征來配置，每個單層結(jié)構(gòu)只表現(xiàn)一種經(jīng)緯線的交織變化效果，若干單層結(jié)構(gòu)通過經(jīng)緯線的混合顯色，可表現(xiàn)百萬級別的織物混合色彩。

另外，在為每一個單色圖層設(shè)計全息組織時需要綜合考慮以下因素：1)單層結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)平衡點和交織平衡；2)單層結(jié)構(gòu)形成組合結(jié)構(gòu)后的組織結(jié)構(gòu)間相互遮蓋的程度；3)單層結(jié)構(gòu)與之所形成的組合結(jié)構(gòu)在織紋圖案效果表現(xiàn)上的差異。分層組合設(shè)計模式下織物結(jié)構(gòu)在設(shè)計規(guī)范的基礎(chǔ)上具有多元變化的特點，使提花織物能夠在產(chǎn)品創(chuàng)新時實現(xiàn)其不可替代的藝術(shù)風格。

根據(jù)數(shù)碼圖案和織物結(jié)構(gòu)分層組合設(shè)計原理和方法的分析，分層組合設(shè)計模式與單一平面設(shè)計模式的技術(shù)比較如表1所示。進一步的設(shè)計應(yīng)用研究將發(fā)揮分層組合設(shè)計模式的技術(shù)優(yōu)勢，通過設(shè)計實踐開發(fā)具有數(shù)碼化創(chuàng)新效果的提花織物。

表1 分層組合設(shè)計模式與單一平面設(shè)計模式技術(shù)比較Tab.1 Technique comparison between layered-combinationdesign mode and single-layered plane design mode

2 設(shè)計實踐

2.1 應(yīng)用設(shè)計研究框架

分層組合設(shè)計模式的應(yīng)用設(shè)計研究需要在色彩處理、全息組織設(shè)計、分層組合方法以及經(jīng)緯色紗配置的基礎(chǔ)上，提出各種具有分層組合設(shè)計模式特征的設(shè)計實踐方案，用于指導(dǎo)各種特殊數(shù)碼化效果提花織物的開發(fā)。圖4示出分層組合設(shè)計模式應(yīng)用設(shè)計的研究框架，不同于傳統(tǒng)單一平面的設(shè)計模式，分層組合設(shè)計模式可從結(jié)構(gòu)與圖案色彩2個維度構(gòu)建起應(yīng)用設(shè)計實踐路徑，并相互協(xié)同為提花織物的數(shù)碼化設(shè)計創(chuàng)新提供指導(dǎo)。

圖4 分層組合設(shè)計模式的應(yīng)用設(shè)計研究框架Fig.4 Research framework on design application of layered-combination design mode

根據(jù)分層組合設(shè)計模式的應(yīng)用設(shè)計研究框架導(dǎo)引，數(shù)碼圖像分色和分層優(yōu)化設(shè)計、全息組織優(yōu)化設(shè)計、織物結(jié)構(gòu)組合方法是分層組合設(shè)計模式應(yīng)用設(shè)計研究的3個最具特色的關(guān)鍵技術(shù)。不同的色彩處理方法可以獲得不同效果的單色圖層，分層組合設(shè)計模式下織物混色原理的應(yīng)用研究建立起基于不同結(jié)構(gòu)類型的混合色彩模型；不同品種提花織物結(jié)構(gòu)的設(shè)計可以通過不同的全息組織設(shè)計方法來滿足，優(yōu)化的結(jié)構(gòu)設(shè)計方法可以掌握各單層結(jié)構(gòu)圖中組織之間的關(guān)系，即遮蓋與不遮蓋效果的控制；不同的分層組合設(shè)計方法包括偶數(shù)組或奇數(shù)組結(jié)構(gòu)層的組合，通過特定的組織設(shè)計可以獲得不同效果的組合結(jié)構(gòu)，如全遮蓋組合結(jié)構(gòu)、全顯色組合結(jié)構(gòu)[10]、半遮蓋組合結(jié)構(gòu)[11]，滿足各種創(chuàng)新效果提花織物設(shè)計開發(fā)的需要。

2.2 數(shù)碼提花創(chuàng)新品種構(gòu)建

受技術(shù)限制，傳統(tǒng)提花織物的設(shè)計只能按照一一對應(yīng)的方式來模擬織物紋樣和手繪紋樣的圖案與色彩。而在提花織物分層組合設(shè)計模式下的數(shù)碼圖像，則可直接應(yīng)用到提花織物設(shè)計創(chuàng)新中。首先，分層組合設(shè)計模式對傳統(tǒng)提花織物各品種的設(shè)計方法實現(xiàn)了數(shù)碼化改進及創(chuàng)新；其次，分析和發(fā)揮數(shù)碼設(shè)計的優(yōu)勢，從品種和藝術(shù)效果上創(chuàng)新提花織物的產(chǎn)品。因此，在分層組合設(shè)計模式下開展的提花織物創(chuàng)新研究過程，可以理解為是一種“從模式到原理、從方法到產(chǎn)品”的融合基礎(chǔ)研究和應(yīng)用研究的創(chuàng)新過程，即以分層組合設(shè)計理念來研究設(shè)計原理的創(chuàng)新，應(yīng)用創(chuàng)新原理來指導(dǎo)不同品種提花織物設(shè)計方法從而創(chuàng)新產(chǎn)品效果。在數(shù)碼提花織物分層組合設(shè)計研究框架下，對數(shù)碼化圖案色彩和組織結(jié)構(gòu)進行分層組合設(shè)計，可以得到各種具有數(shù)碼化設(shè)計效果的提花織物，包括仿真效果設(shè)計[12-13]和創(chuàng)新效果設(shè)計，設(shè)計的數(shù)碼提花織物表面具有獨特的閃變色效果[14]，從而可以在分層組合設(shè)計模式的基礎(chǔ)上構(gòu)建數(shù)碼提花織物的創(chuàng)新品種系統(tǒng)，如圖5所示。

圖5 數(shù)碼提花織物的創(chuàng)新品種系統(tǒng)Fig.5 Product innovation system of digital jacquard fabric

2.3 產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計實踐案例

分層組合設(shè)計模式的應(yīng)用設(shè)計實踐主要在提花織物的仿真效果設(shè)計和創(chuàng)新效果設(shè)計2個領(lǐng)域展開，以體現(xiàn)分層組合設(shè)計模式的應(yīng)用價值。仿真效果設(shè)計是指最終的織物效果對原始數(shù)碼圖像進行模擬仿真，即織物圖案與色彩效果對原始數(shù)碼圖像進行仿真，在分層組合設(shè)計模式下，采用從無彩到有彩的設(shè)計方法[15-16]，配置合適的組合結(jié)構(gòu)，可以實現(xiàn)灰度和多彩色的細膩暈紋變化，來達到提花織物的黑白仿真設(shè)計和彩色仿真設(shè)計。圖6示出灰度暈紋和黑白仿真設(shè)計案例的織物。其工藝如下：經(jīng)緯紗均為22.2/24.4 dtex×2 桑蠶絲，經(jīng)緯密均為 1 150根/(10 cm)，經(jīng)紗白色，緯紗為2組黑色，采用24枚全息組織，2層全顯色組合結(jié)構(gòu)設(shè)計方法。圖7示出彩色仿真設(shè)計案例的織物。其工藝如下：經(jīng)緯紗均1/166.7 dtex 滌綸紗，經(jīng)密為450根/(10 cm)，緯密為900根/(10 cm)，經(jīng)紗白色，緯紗為CMYK四色排列，采用 16枚全息組織，4層全顯色組合結(jié)構(gòu)設(shè)計方法。通過設(shè)計實踐證明，分層組合設(shè)計模式是提花織物仿真設(shè)計的有效方法。

另外，由于分層組合設(shè)計模式可以靈活地進行織物結(jié)構(gòu)的多層組合設(shè)計，所以可方便地實現(xiàn)在各種接結(jié)方式下的雙面異效的仿真效果提花織物設(shè)計，2款雙面異效仿真效果設(shè)計的面料實物如圖8所示。其織物工藝相同，經(jīng)緯紗均為1/166.7 dtex 滌綸紗，經(jīng)密為450根/(10 cm)，緯密為900根/(10 cm)，經(jīng)紗白色，緯紗為深紅、深藍、淺紅、淺藍四色排列，正反面均采用12枚全息組織，2層全顯色組合結(jié)構(gòu)設(shè)計方法，正反面組合則采用全遮蓋組合結(jié)構(gòu)設(shè)計方法，聯(lián)合接結(jié)方式。設(shè)計所得雙面異效的仿真效果顯著特征是提花織物的雙面都能獨立表現(xiàn)傳統(tǒng)設(shè)計方法無法實現(xiàn)的、具有多彩暈紋效果的圖案，且圖案題材不受限制。

圖8 雙面異效仿真設(shè)計效果Fig.8 Double-faced pattern simulation design.(a) Fabric I;(b) Fabric II

創(chuàng)新效果設(shè)計可以解釋為一種最終的織物效果與原始數(shù)碼圖像風格相似但不相同的設(shè)計方法。傳統(tǒng)提花織物設(shè)計以模擬其他圖案的藝術(shù)風格為設(shè)計目的，但提花織物固有的藝術(shù)表現(xiàn)形式——經(jīng)緯交織的織紋藝術(shù)，無法得到重視；隨著分層組合設(shè)計模式的提出，為提花織物表現(xiàn)特有的織紋藝術(shù)創(chuàng)造了條件。織紋藝術(shù)以結(jié)構(gòu)變化為表現(xiàn)形式，織紋圖案隨著組合結(jié)構(gòu)中絲線的遮蓋、擠壓、滑移可以表現(xiàn)出各種結(jié)構(gòu)層疊效果，在結(jié)構(gòu)層疊過程的變化中可以通過層位移和層疊加、層增減和層反轉(zhuǎn)來有效控制多層組合的方式和層疊后的織物效果，而這種織物效果無法用傳統(tǒng)的紋樣設(shè)計方法來實現(xiàn)，也不可能通過織物表面效果來復(fù)制。圖9示出設(shè)計案例是在圖7設(shè)計和工藝基礎(chǔ)上通過層位移和層疊加的方法來完成的設(shè)計效果?？椢锕に嚺c圖7完全相同，圖9(b)是以圖9(a)原圖為基礎(chǔ)，各圖層向上、向下、向左、向右分別位移50個像素點設(shè)計4層全顯色組合結(jié)構(gòu)獲得的圖層位移和疊加后的實際效果，而圖9(c)是以原圖為基礎(chǔ)，各圖層向上、向下、向左、向右分別位移200個像素點設(shè)計4層全顯色組合結(jié)構(gòu)獲得的圖層位移和疊加后的實際效果。

圖9 層位移和層疊加設(shè)計效果Fig.9 Innovation design via layer shift and superposition. (a) Original;(b) Shift 50 pixels;(c) Shift 200 pixels

圖10示出設(shè)計作品“融合·變”(2 m×2 m，中國絲綢博物館永久收藏)。這是層增減和層反轉(zhuǎn)融合一體的設(shè)計案例。織物工藝如下：經(jīng)緯紗(桑蠶絲)均為22.2/24.4 dtex×2，經(jīng)密為1 150根/(10 cm)，緯密為1 600根/(10 cm)，經(jīng)紗白色，緯紗為CMYK 4色，采用24枚全息組織，4層全顯色組合結(jié)構(gòu)設(shè)計方法。在整個設(shè)計中有32個不同色彩效果的蒙娜麗莎頭像，其中16個頭像采用層遞減設(shè)計方法，即4個采用仿真四色四圖層顯色設(shè)計，4個采用三色三圖層顯色設(shè)計，4個采用二色二圖層顯色設(shè)計，4個采用一色一圖層顯色設(shè)計；另外16個頭像采用層反轉(zhuǎn)設(shè)計方法，即4個采用仿真四色四圖層全反轉(zhuǎn)設(shè)計(反面效果)，4個采用四圖層中三圖層反轉(zhuǎn)設(shè)計，4個采用四圖層中二圖層反轉(zhuǎn)設(shè)計，4個采用四圖層中一圖層反轉(zhuǎn)設(shè)計。

圖10 層增減和反轉(zhuǎn)創(chuàng)新設(shè)計效果Fig.10 Innovation design via layer increase and decrease

值得注意的是，基于分層組合設(shè)計模式，通過層位移和層疊加、層增減和層反轉(zhuǎn)的設(shè)計方法獲得的設(shè)計效果不會影響組合結(jié)構(gòu)中各組織的相互關(guān)系，但最終呈現(xiàn)的織物效果是提花織物所特有的、計算機數(shù)碼圖像也無法模擬的隨機效果。

3 結(jié)束語

提花織物的產(chǎn)品創(chuàng)新源于方法的創(chuàng)新，方法的創(chuàng)新需要理念的更新。分層組合設(shè)計模式從設(shè)計原理、設(shè)計方法到設(shè)計實踐獲得的織物效果，已經(jīng)證明了該設(shè)計模式對數(shù)碼提花織物設(shè)計的應(yīng)用價值。分層組合設(shè)計模式提出的解決了數(shù)碼圖案直接用于提花織物設(shè)計的技術(shù)瓶頸，打破了單一平面設(shè)計模式下提花織物設(shè)計的效果限制；從應(yīng)用設(shè)計實踐看，分層組合設(shè)計模式的應(yīng)用研究框架為提花織物的數(shù)碼化設(shè)計創(chuàng)新提供了有效解決方案，提出的數(shù)碼提花產(chǎn)品創(chuàng)新體系和設(shè)計案例為開發(fā)各類具有分層組合設(shè)計效果的提花織物提供了指導(dǎo)和借鑒。同時，分層組合設(shè)計模式是一種程序化的全數(shù)碼設(shè)計流程，將為提花織物的智能化設(shè)計提供有益的參考。

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