基本的な屈折と透明度

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オブジェクトの透明度は、どの種類のマテリアルが描画されているかに応じて、適切に描画するのがかなり簡単またはかなり難しい場合があります。透明な素材が背後にある内容を明らかにする方法の背後にある現象を理解することで、これは少し簡単になります。

これらすべてがどのように機能するかをよりよく理解するために、光と屈折の背後にある基本的な物理学をカバーする必要があります-被写体について少し掘り下げますが、100%の精度の図面には十分ではありません(たとえば、材料を通る正確な屈折角度を計算する方法はカバーしていません。これを十分に詳細にカバーするための十分な背景知識や理解がないためです)

残念ながら、屈折についてはかなり詳しく取り上げる必要があるので、このチュートリアルを細かく分割して、情報が過負荷になるリスクを減らします。この特定のセクションでは、一貫した密度と厚さのオブジェクトの非常に基本的な屈折のみを扱い、プリズムやレンズなどの厚さが変化するオブジェクトを含む屈折については扱いません。

概観

このチュートリアルでは、非常に基本的な屈折とその機能について説明します

まず、ライトライトの非常に短い説明から始めます。ライトライトがオブジェクトとどのように相互作用するか、また、オブジェクトがどのように計算されるか、または屈折効果を描画する方法の推定の基本的な参照フレームとして、オブジェクトがどのように見えるかを説明します。

屈折効果を生成するための計算の基準となる基本的なポイントを作成した後、屈折が発生する方法と理由の基本に進みます。

そこから、まっすぐに見た単純で平らなオブジェクトの屈折がどのように機能するかを「疑似証明」します。これは、屈折効果で透明度を作成するための手法を構築するための基礎になります。

その後、屈折を伴う非常に基本的な透明なブロックを作成した後、透明効果を強化するために使用されるいくつかのテクニックについて説明します

光と視力[要約]

屈折について話すために、最初に光がどのように振る舞うかについて話す必要があります

光は波のパターンでかなり直線的に移動します。そのため、光について説明するほとんどの図では、移動する光を直線として表現します。このチュートリアルのほとんどでは、移動する光を直線として表現します-波のパターンの動きは、屈折を含むより複雑な/高度な効果を適用する場合にのみ重要な役割を果たすため、このチュートリアルのほとんどではほとんど関係ありません。


光、より具体的には白色光は、さまざまな波長で構成されています。色を簡単に説明すると、これらの異なる波長の光は異なる色を表すということです。より技術的で正確な説明は、目のプロセスの視細胞が異なる波長を異なる色として処理することです。このチュートリアルでは簡略化されたバージョンで作業しますが、プリズムに関する次のセクションまでこの情報は使用しません


光がオブジェクトに当たると、オブジェクトの顔料が特定の波長の光を吸収し、他のすべての波長を反射します。反射した波がオブジェクトに色を与えます。オブジェクトで跳ね返る特定の光の波がオブジェクトを照らしている光に存在しない場合、オブジェクトは黒く表示されます


光に関してオブジェクトが目で見たときに何が起こるかは、光がオブジェクトに当たり、残りが跳ね返って散乱する間にその一部が吸収されることであり、オブジェクトから直接目に向かって跳ね返る光線のみが許可します。オブジェクトが存在するという処理を開始する目。オブジェクトに当たった後、別の方向に散乱する他のすべての光線は、何かを見るのとはほぼ無関係です。


目はほとんどが特異点であるため、屈折に関するすべての計算はその単一の点に基づいて行われます。はい、私たちには2つの目があります(おそらく)-そして、描画中に計算プロセスが複雑になるので、その事実を無視します。2つではなく1つの目を通して見ているように描画する傾向があります。


[長すぎる;読みませんでした]
-光は波を伝う
-絵を描くとき、見る人/目に届く光線だけを気にします

屈折の基礎

光がオブジェクトを通過するとき、その移動速度と波の移動は、通過する材料との相互作用によって影響を受けます。屈折は、光が第1の媒体と第2の媒体の間で相互作用する方法の変化により、ある媒体から別の媒体に移動するときに発生します。


波の動きと動きの速度の変化により、オブジェクトを通過するときの光の軌道は少し変化します。この変化は通常、媒体との元の接触角の数パーセントであり、それがどれだけ変化するか、およびそれが変化する方向(増加または減少)は、材料が何であるかに依存します。材料自体(電子干渉または何かのため、より高密度の材料は一般により多くを持っています)

移動速度と波の移動の変化は、光とそれが通過する媒体の間の相互作用に基づいているため、変化は永続的ではありません。したがって、光がオブジェクトを通過して終了し、それが移動していた元の媒体(おそらく空気)に戻ると、移動角度は元の状態に戻ります。


全体にわたって一貫している完全に平らなマテリアルを通じてオブジェクトを表示する場合、ライトは(理論的には)マテリアル全体および全体にわたって同じ方法で修正されるため、ピースを通して見るものにはほとんど違いがありません。資料と、資料が存在しない場合に表示される内容。もちろん、これは材料の厚さと密度に大きく依存します


言い換えると、表示されているオブジェクトとの間に何らかのタイプのマテリアルが存在することを示すには、言及されたマテリアルのエッジや反射など、何らかのタイプのインジケーターを作成して、それが存在することを示す必要があります。 。このインジケーターの欠如は、人々が時々、そこには何もないと考えて非常にきれいなガラスのペインに足を踏み入れる理由です

基本的な屈折-再評価/拡張

特にガラスを使用して透明度を描画する傾向は、ほとんどまたはまったく干渉せずにまっすぐに通過する光を処理することです。基本的に、「あなたが見るものはあなたが得るもの」というアプローチです

これは正確ではありませんが、屈折の代わりに他の手法を使用して効果を作成しているため、通常、オブジェクトは透明であり、ほとんどの場合合格であると見なされます。

「あなたが見るものはあなたが得るものである」というアプローチが依然としてある程度機能する理由の1つは、透明なオブジェクト/ガラスの最も一般的な例の1つがガラスウィンドウであることです。ほとんどのガラス窓は、建物を断熱するための「厚さ」を維持しながら屈折の影響を最小限に抑えるために二重窓として設計されています。これにより、オブジェクトが透明なものの後ろでも同じように見えることがわかります

以下は、単一の厚い単一ペイン対二重ペインウィンドウでの屈折の例です。

図からわかるように、隙間のある二重の窓枠は、単一の窓枠と同じ「厚さ」をカバーしていますが、想定される光の経路と屈折によって光が進む実際の経路との間の発散が大幅に減少しています。


目は本質的にフラットパネルではなく単一の点であるため、オブジェクトを通過する光は屈折を考慮する必要があります。特定の単一の点から透明なオブジェクトを通して直接目に当たる光だけが屈折の影響を受けないためです。

屈折が発生していないオブジェクト上に、ある程度定義された単一のポイントがあり、目自体が単一のポイントであるため、残りの屈折効果について、これらの2つのポイントに基づいていくつかの計算を行うことができます


最初のステップは、平らな透明なオブジェクト上のポイントを選択することです。そのポイントから目に向かう光は、表面に垂直です。

この点は、コンポジションのどこに配置されているかによって、実際にはオブジェクトの表面上に直接置かれない場合があります。オブジェクトの表面が延長された場合の位置をシミュレーションする必要がある場合があります。これを説明するために2つのパネルを並べて

その後、オブジェクトからどれだけ離れているかを把握し、見える表面に向かって線を引く必要があります。これは、実際に到達する光、またはオブジェクトの表面として実際に見えるものを表しています。

これらの線をオブジェクトの表面を超えて延長する場合、それらの延長は、オブジェクトが透明なオブジェクトの背後に配置されている(実際には配置されていない)と思われる傾向がある場所を示します


その後、表面と最終的に目に到達する表面からの光線との交点に垂直線をマークします。これにより、おおよその屈折角を計算できます。簡単にするために、このデモンストレーションの屈折を元の角度の約50%にします

描画しているものが単純な屈折を使用して透明な表面の裏側に接触しているオブジェクトである場合、これ以上進む必要がある場合とない場合があります。すでにお分かりのように、オブジェクトが実際に存在する場所と、オブジェクトを視覚的に「見る」場所との間には、多少のずれがあります。


続行するには、マテリアルサーフェスの反対側に到達したときに屈折を元に戻す必要があります

元の角度を半分にしたため(1/2を掛けた)、今回は代わりに角度を2倍にする必要があります(1/2の逆数を掛けるか、2/1 = 2)。


ここで、比較のために、屈折の背後にある画像の「原点」となるものを取り、透明な素材の厚いペインがない場合にどのように見えるかについて線を引きます

黒い線は、オブジェクトの実際の位置とオブジェクトの想定位置との間の距離をより簡単に比較するために描かれています。 2つの位置をより簡単に比較できるように、次の図で光の動きの線を削除しました

このデモンストレーションからわかるように、屈折画像は元の画像よりも数パーセント大きく、光が最も直接的な方法で観察者に向かって進む焦点を中心に拡大されているように見えます

したがって、多かれ少なかれ安全に、透明な素材が均一な厚さで一貫している単純な屈折効果を作成するために必要なのは、元の画像を拡大するために焦点がどこにあるかを理解し、それを変換することだけです。画像、拡大縮小、その焦点の周り


理想的には、正確な写実的な外観または関連性が必要な場合は、これらの計算を何らかの形で見通しに入れることができますが、これは、私が把握する準備ができていないもう1つの大きな頭痛の種です。今のところ、あなたはおそらくそれを目で見て、エフェクトを生成した翌日にそれを呼び出すことができます


この観察は、オブジェクトが全体的に同じ材料と厚さである基本的な屈折のあるセクションで作業する場合にのみ適用され、透明なオブジェクトがその周囲よりも密度が高い場合に注意してください。プリズムとレンズの屈折、および曲面での屈折は、最初は非常に異なる独自の効果を作成するためのさまざまな方法を使用します。さらに、これは、オブジェクトが動作していて、光を散乱または放射しないという前提の下で機能しています。これは、オブジェクトの動作とは明らかに異なります。そのため、プロセスの単純化が少なすぎます。


追加のメモ:
屈折の角度の変化として50%を使用して、この計算に取り組みました。密度の高い材料の場合、角度の変化はおそらく大きくなり、密度の低い材料の場合は角度の変化が小さくなり、その逆になります。

角度の変化を大きくすると、オブジェクトの想定位置と実際の位置との偏差が大きくなります。したがって、透明なオブジェクトの密度が大きい場合はオブジェクトを大きくし、密度が小さい場合はオブジェクトを大きくする必要があります。低いです

透明なオブジェクトの密度が表示媒体よりも密度が低い場合(たとえば、水中から水上にあるオブジェクトを表示している場合)、通常は反対の結果をもたらす同様の計算を行う必要があります。つまり、代わりにオブジェクトを縮小して、そのインスタンスに適切な透明効果を作成します-理論的には、とにかく-実際に必要な調整は、状況によって異なる場合と異なる場合があります。たとえば、密度の低い媒体が空気で、その周囲の媒体が水である場合、ガラスなどの媒体を分離する別の媒体があり、両方の材料よりも密度が高いため、屈折を計算するために追加の手順が必要になります。

基本的な屈折の適用[表面に垂直]

屈折による透明度を作成するには、開始する前に透明オブジェクトの背後にあるすべての描画を完了する必要があります


デモンストレーションの目的で、「カラーパターン>パターン>服のパターン」の下にある「北ヨーロッパのカラーストライプ02_IS」マテリアルを背景として使用し、「テクスチャ」の下の「Wood Grain_Brown」をテーブルサーフェスとして使用します(グラデーションで変換)深さの印象を与えるために「乗算」レイヤーブレンディングによってオーバーレイされます)。これらの資料はプログラムに付属しています(99%確実)

デモのために、透明なオブジェクトをソリッドボックスにすることで、物事をシンプルに保ちます。

箱の透明な箱の形を描くには、すべての外側を無地の形と色で描く必要があります

その後、セクションの上に新しいフォルダーを作成します。そこからの屈折光が含まれます-デモ目的で、これはこのボックスの前面になります

フォルダーを「下のレイヤーにクリップ」に設定します-このフォルダー内のボックスの透明な内部を構築します

作成したフォルダ内に色のブロックでボックスの内部を作成します。ボックスの裏側は、フォルダー内の(一時的に)最上位レイヤーとして配置されます。これは、ボックス内の外観を再調整する前に、最初のレイヤーを調整するためです。屈折の影響も受ける

後のステップでシェイプのサイズを変更すると、正しく描画されなかったピクセルが表示されるため、このステップで表示されているものだけでなく、ボックスの側面全体を描画してください。


この時点で、ボックスの基本的な形状を完成させ、その影がどこに落ちるかを知っているときに、透明なボックスが作成するすべての影を描画する必要があります。これは、次の手順では、光を含むすべての要素を取得してそれらをコピーし、サイズ変更して屈折効果を作成する必要があるためです-影はその一部です

便宜上、このデモでは影を描画する手順を省略します
(注:完全に透明なボックスは、光を均一に透過します。これにより、光がほとんど変化せずに明確に透過するため、非常に弱い影が生じる可能性があります。特定のエリアから離れている)


次に、屈折に従ってボックスの背面のサイズを変更します


これを行うには、最初に目の高さがどこにあるかを判別する必要があります-遠近法を使用している場合、これは水平線です

オブジェクトが水平線に平行で、1点パースペクティブを使用している場合、屈折が発生しない点が消失点と一致する可能性が高くなります-これが周りでサイズ変更する点になります

1点遠近法を使用していない場合、水平線はある程度目の高さを表すため、水平線に沿ったどこかにポイントが存在する可能性があります-反対方向にオブジェクトを傾けている場合、これは変化します。オブジェクトを「真っ直ぐ」見ていないために必要な特定の調整のため

理想的には、屈折強度を再調整する必要がある場合、または同じ消失点に基づいて同じ方向を向いている複数の透明なオブジェクトを描画する場合は、ガイドの位置をマークアウトします


1ポイントパースペクティブの消失点と、屈折効果をスケーリングするポイントを設定している間に、ボックスの一部を再描画して、消失点に合うようにします。

上の画像では、定規から引き出された2つのガイドの交点でポイントをマークし、ボックスを修正して、1点透視で適切に行われるようにしています


その後、背景レイヤーを含め、透明なボックスの背後にあるすべてのコピーを作成します。これは、透明/透明ピクセルのないベタ画像である必要があるため、背景として紙レイヤーを使用している場合は、同じ色で新しいレイヤーを作成するか、その色をクリッピングするレイヤーを作成する必要があります

単純な屈折の場合、画像の平坦化はオプションですが、特定のマテリアルまたはレイヤー効果/プロパティを使用する場合に必要になることがあります。


コピーしたレイヤーを移動して、フォルダー内の透明なボックスの裏側の上に配置し、レイヤーを右クリックして選択することにより、「下のレイヤーにクリップ」設定をすべてのコピーしたレイヤーに適用します。 「レイヤー設定(P)>下のレイヤーにクリップ」オプション

フラットカラーレイヤーとそれにクリップされたコピーレイヤーの両方を選択して、ボックスの裏側を変形します。「Ctrl + T」は、変形のデフォルトのショートカットです

「Ctrl + T」を押した後、光が屈折しない位置にピボットポイントを移動します。ピボットポイントである「+」を位置にドラッグするか、「Alt」を押しながら位置をクリックしてポイントを移動することができます

次に、「Alt」キーを押しながらサイズを変更して、ピボットポイントを中心に画像を変形させ、「Shift」キーを押しながら画像を歪みなくスケーリングします

ボックスの裏側をスケーリングした後でも、少なくとも1点透視を使用している場合は、ボックスの内側が理論的にはある程度裏側に揃っているはずです。そうでない場合は、これを再調整する必要があります。私たちのデモ作品では、すべての内部エッジが正しく整列しているため、このステップはスキップします

何らかの理由でこれらの側面に影を描いた場合は、両方を選択して変換することで影を調整しながら、影響を受ける側面のエッジをガイドとして再調整する必要があります。

これで、ほとんどの場合、単純な屈折効果が完成します。お気づきのように、これは透明ブロックの裏側のみを覆っています-側は少し異なる処理を必要とします。他の方法で反対側を仕上げる必要があります。一般的に、内側のあるタイプの反射と、いくつかの外側の反射が少し複雑になる可能性があります。

検討する価値のあることは、屈折したレイヤーに「シャープ」または「アンシャープマスク...」フィルターを適用して拡大された画像をシャープにすることですが、透明オブジェクトに適用する効果のタイプによって異なります。シャープニング後のわずかなカラーシフトは、屈折のアフターエフェクトとしてある程度再生できます。これは、異なる波長の光がわずかに異なる角度で曲がり、オブジェクトのエッジとカラーのセクションでカラーのわずかな変化を引き起こす可能性があるためです。

透明な印象を与えたい場合は、側面を一種の反射で仕上げる必要があるので、今のところ効果を適用するのをスキップし、グラデーションとより良い色付けで側面を修正するだけで、見栄えがよくなるようにしますマットな表面で覆われているように透明ではないので、「完了」と呼びます

基本的な屈折の適用[ある角度で]

表面が視線の方向に垂直ではない単純な屈折を描画する方法については、基本的に、表面が視線に垂直な場合に単純な屈折を作成する方法と同じ手順に従いますが、いくつか行う必要があります。屈折画像のスケーリング時にアンカーポイントを配置するための適切な位置を特定するための追加の計算


これを行うには、オブジェクトを3D空間で想像して、オブジェクトの表面からまっすぐに目に入る光線が表面に対して90度の角度を持っている場所を見つける必要があります。その交点は、屈折効果を作成するためにサイズ変更するときにアンカーポイントを移動する場所になります。 2D画像でそのポイントを見つけ、そこにアンカーポイントを移動してサイズを変更します


以下は、そのように機能する方法と理由の図です。ある角度で回転していることを除いて、基本的に前のデモと同じ図であることに注意してください

透明なブロックとクロスチェックしましたが、これは、ブロックの表面を左に傾けたときに、焦点を合わせていたオブジェクトが左にシフトした理由について非常に混乱した後に到達した結論です


これが背面の画像のスケーリング方法をどのように変更するかについては、オブジェクトを表示している角度に基づいてオブジェクトのスケーリング方法が変更されます-私はそれについて約90%確信していますが、比率はであり、どの程度...私は100%確信していません。残念ながら、スケーリングがどのように変化するかについて、比率が正確に何なのか正確にはわかりません-傾いている側がもう少しスケーリングされていると思います...?いずれの場合も、ピボットポイントを中心に調整するには「Alt」を押し続ける必要がありますが、「Shift」を押し続ける必要はありません。1:1の比率でスケーリングしないためです。


上記のデモで注意すべき点は、液体に半分沈んでいるオブジェクトには触れていません。透明な媒体に沈められているオブジェクトの場合、このチュートリアルの例は、コンテナーの最下部まで完全に平らでない限り適用されません。見栄えをよくするためには、少し異なる計算式を使用する必要があります。そうでない場合は、適切なスケーリング調整を計算するためにレイヤーごとに調べる必要があります。 1つのセクション(オブジェクトの一番下)から、上に移動したときの外観を推測します

追加の付随効果

お分かりのように、オブジェクトに屈折効果を作成するだけで、透明なオブジェクトが存在しているように錯覚させることができます-少なくとも、オブジェクトが十分に厚いか、密度が高く、屈折効果が適度で、エッジが十分である場合オブジェクトの十分に定義されています。ただし、いくつかの追加手順を実行することで、これをさらに簡単に拡張できます。


私が示す最初のトリックは、透明なオブジェクトに色を付ける方法です

ボックスの両側のレイヤーがまだ1つのフォルダーに配置されていない場合は、新しいフォルダーを作成し、関連するすべてのレイヤーをその中に移動します。次に、フォルダの上に新しいレイヤを作成し、新しいレイヤを「下のレイヤにクリップ」に設定します

新しいレイヤーを目的の色で塗りつぶしてボックスに色を付け、レイヤーのブレンドモードを「乗算」に変更します

透明度を完全にクリアにするのではなく少しぼんやりさせたい場合は、ティントレイヤーを「通常」のブレンドモードのままにして不透明度を下げるか、またはティントレイヤーの下に新しいレイヤーを作成して「クリップ先」を設定します。 「下のレイヤー」を追加し、不透明度を適切なレベルに下げる前に、レイヤーを白またはグレーで塗りつぶします


私が言及する2番目のトリックは、ボックスの表面に単純な反射を追加することです

これは、影響を受けるすべてのレイヤーをフォルダーに移動し、「下のレイヤーにクリップ」設定でその上に新しいレイヤーを作成する同じ開始手順で行われます。その後、表面に少し光を塗るだけです

反射をもう少し複雑にしたい場合は、新しいレイヤーではなく新しいフォルダーを作成し、そのフォルダーに「下のレイヤーにクリップ」を設定する必要があります。次に、「下のレイヤーにクリップ」なしで新しいレイヤーを作成して、反射のハイライトを描画し、フォルダー内の反射画像のハイライトレイヤーの上に追加のレイヤーを作成して、「下のレイヤーにクリップ」プロパティを設定する必要があります。

このデモで使用した反射画像は、[装飾]> [植生]の下の[紅葉装飾ブラシ]で非常に単純に描かれたものです

下の画像は、ティントレイヤーを削除した後の反射効果です

ビデオデモ

上記のセクションで示した単純な透明ブロックを作成するために使用したプロセスとステップのビデオ録画

https://youtu.be/g0jK0UxXBqA

追加のメモと読み


余談ですが、おそらく問われる質問は次のとおりです。互いに接触している2つの異なる材料がある場合、屈折を伴う光はどうなりますか?

ライトは最初のマテリアルと接触すると動きの角度を変更し、新しいマテリアルに到達するまで続きます。次に、新しいマテリアルに基づいて軌道角度を修正し、元の媒体に再び到達するまで移動します-元に戻ります元の角度/移動方向(これは、媒体がすべて同じ厚さの場合のみです。光がプリズムを通過する場合、移動方向は異なります-後でプリズムについて詳しく説明します)


目がどのように見えるかについての追加の読み物として、私は基本的にそれの多くをスキミング/スキップしたので、以下のリストされた本を参照してください:

書名:
ビジョンとアート:見ることの生物学
著者:マーガレット・S・リビングストン
ISBN:1419706926
GTIN:09781419706929
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これは私が大学の講座で屈折を教えられた本です。これは、アーティストにとって非常に役立つ屈折だけでなく、もっとたくさんカバーしています-残念ながら、私はこの本を持っていないので、クロスすることはできません情報を確認します-しかし、私が覚えていることから、テクニックに少し関連するように拡張する必要がありました(たとえば、描画に関連する計算/「証明」の部分は私が拡張したものです)上、内容を正しく覚えていれば)

ログを変更

xxxx.xx.xx-最初にリストされた日付より前のマイナーな詳細調整/更新により、説明をクリーンアップして精度を向上

2020.08.01- Simple Refraction [Perpendicular to Surface]デモセクションを書き直して、透明なオブジェクトの内側のわずかな屈折と、デモ例内のレイヤーの再配置を含めるようにしました-以前のデモは内側の屈折を無視しました

2020.08.01-同じテクニックを使用して作成された無関係の画像を使用するのではなく、作成された新しいデモ画像を表すために置き換えられたカバー画像

2020.08.05-屈折に関する追加の参照用のブックリファレンスを追加し、チュートリアルとそのセクションの名前を明確にするために「単純な屈折」から「基本的な屈折」に調整しました-屈折は簡単に言えないので、端的に言えば

2020.08.07-デモにシャドウに関する小さなメモを追加しました。これは、単に怠惰であることを除いて、それをスキップするための説明として部分的に役立ちます

2020.08.10-ビューが存在する場所よりも密度の低い媒体に光源があるオブジェクトを見るとどうなるかについてのメモに若干の修正を追加しました(たとえば、光が空気中にあり、ビューアが水中にある) )-次に、光を放射するオブジェクトの2分岐計算に関する注意事項です。実際にはまったく意味をなさないので、考え直していたことに気付いた直後にかなり元に戻りました。
2020.08.11- 2プロング計算ノートの復帰、低密度計算ノートの変更が明確化として機能するようになりました-ノート内の例を気泡から水中に観察するように変更しました。気泡は、このチュートリアルで提供されたものとは少し異なる計算方法を必要とします

2020.08.13-この基本的な屈折チュートリアルはその効果をカバーしないことを説明する水中オブジェクトに関する追加のメモを追加しました(たぶん、私は知っています、それはおそらく人々が実際に描く大きなアイテムの1つです)-さらに、表示時にメモを調整しましたスケーリング比の変化がある側から、スケーリング比に違いがあるかどうかが不明であるかどうかが不明である(ただし、正確な仕様が不明である)

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