geom/ellipse: add naive covering ellipse impl
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dcd789a075
102
geom/ellipse.cpp
102
geom/ellipse.cpp
@ -20,65 +20,92 @@
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#include "aabb.hpp"
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#include "aabb.hpp"
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||||||
#include "ray.hpp"
|
#include "ray.hpp"
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||||||
#include "sphere.hpp"
|
#include "sphere.hpp"
|
||||||
#include "point.hpp"
|
#include "quaternion.hpp"
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#include "../point.hpp"
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#include "../matrix.hpp"
|
#include "../matrix.hpp"
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#include "../coord/iostream.hpp"
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using util::geom::ellipse;
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using util::geom::ellipse;
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template <size_t S, typename T>
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template <>
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static bool
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intersects (ellipse<S,T> e, util::point<S,T> p)
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{
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||||||
auto mag = (p - e.origin) * (p - e.origin) / (e.radius * e.radius);
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return std::accumulate (mag.begin (), mag.end (), 0) <= 1;
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}
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//-----------------------------------------------------------------------------
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template <size_t S, typename T, template <size_t,typename> class A, template <size_t,typename> class B>
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bool
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bool
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||||||
util::geom::intersects (A<S,T> a, B<S,T> b)
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util::geom::intersects (ellipse3f e, util::point3f p)
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{
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{
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return ::intersects (a, b);
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auto transform = util::quaternionf::from_to (e.up, {0,1,0}).as_matrix () *
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}
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util::translation (0-e.origin);
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||||||
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return all (abs (transform * p) <= e.radius);
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||||||
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//auto mag = (p - e.origin) * (p - e.origin) / (e.radius * e.radius);
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||||||
template <size_t DimensionV, typename ValueT>
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//return std::accumulate (mag.begin (), mag.end (), 0) <= 1;
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||||||
util::point<DimensionV,ValueT>
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||||||
util::geom::project (util::geom::ray<DimensionV, ValueT> lhs,
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util::geom::ellipse<DimensionV, ValueT> rhs)
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{
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return lhs.origin + lhs.direction * distance (lhs, rhs);
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}
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}
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||||||
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||||||
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||||||
// query a ray-ellipse distance by transforming spaces such that the ellipse is
|
// query a ray-ellipse distance by transforming spaces such that the ellipse is
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// a sphere
|
// a sphere
|
||||||
template <size_t DimensionV, typename ValueT>
|
template <>
|
||||||
ValueT
|
float
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||||||
util::geom::distance (ray<DimensionV,ValueT> r, ellipse<DimensionV,ValueT> e)
|
util::geom::distance (ray3f r, ellipse3f e)
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||||||
{
|
{
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||||||
// find a transform that puts the ellipse at origin and scales it to a
|
// find a transform that puts the ellipse at origin and scales it to a
|
||||||
// unit sphere.
|
// unit sphere.
|
||||||
auto const from_scaled = util::translation (e.origin.template as<vector> ()) *
|
auto const from_scaled = util::translation (e.origin.template as<vector> ()) *
|
||||||
|
util::quaternionf::from_to ({0,1,0}, e.up) *
|
||||||
util::scale (e.radius);
|
util::scale (e.radius);
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||||||
auto const to_scaled = inverse (from_scaled);
|
auto const to_scaled = inverse (from_scaled);
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||||||
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|
||||||
// transform the ray into this new space and query against a unit sphere
|
// transform the ray into this new space and query against a unit sphere
|
||||||
auto const scaled_r = to_scaled * r;
|
auto const scaled_r = to_scaled * r;
|
||||||
auto const scaled_d = distance (scaled_r, sphere<DimensionV,ValueT> {0, 1.f});
|
auto const scaled_d = distance (scaled_r, sphere3f {0, 1.f});
|
||||||
auto const scaled_p = scaled_r.at (scaled_d);
|
auto const scaled_p = scaled_r.at (scaled_d);
|
||||||
|
|
||||||
// transform the result back into the original space
|
// transform the result back into the original space
|
||||||
return distance (r.origin, (from_scaled * scaled_p.homog ()).template redim<DimensionV> ());
|
return distance (r.origin, from_scaled * scaled_p);
|
||||||
}
|
}
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||||||
|
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||||||
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||||||
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template <>
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util::point3f
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util::geom::project (util::geom::ray3f lhs,
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|
util::geom::ellipse3f rhs)
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{
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return lhs.origin + lhs.direction * distance (lhs, rhs);
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||||||
|
}
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||||||
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util::geom::ellipse3f
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util::geom::cover (util::view<const point3f*> src)
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{
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||||||
|
// find our major axis points and vector
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const auto [a,b] = furthest (src);
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auto const diff = b - a;
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auto const dir = normalised (diff);
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||||||
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||||||
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// find a transform such that we recentre about the origin
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||||||
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auto const transform = quaternionf::from_to (dir, util::vector3f{1,0,0}).as_matrix () *
|
||||||
|
translation (0 -a -diff*0.5f);
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||||||
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||||||
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// find the maximum absolute value in each axis
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util::point3f hi {0};
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||||||
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||||||
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for (auto const& p: src)
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|
hi = max (abs (transform * p), hi);
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||||||
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return ellipse3f {
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||||||
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.origin = a + diff * 0.5f,
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|
.radius = hi.as<vector> (),
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||||||
|
.up = rotate ({0,1,0}, util::quaternionf::from_to ({1,0,0}, dir))
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||||||
|
};
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||||||
|
};
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||||||
|
|
||||||
|
|
||||||
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||||||
template <size_t S, typename T>
|
template <size_t S, typename T>
|
||||||
static util::geom::aabb<S,T>
|
static util::geom::aabb<S,T>
|
||||||
@ -101,11 +128,24 @@ util::geom::bounds (K<S,T> k)
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|||||||
|
|
||||||
|
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||||||
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||||||
#define INSTANTIATE_S_T(S,T) \
|
template <size_t S, typename T>
|
||||||
template bool util::geom::intersects (ellipse<S,T>, util::point<S,T>); \
|
std::ostream&
|
||||||
template util::point<S,T> util::geom::project(ray<S,T>, ellipse<S,T>); \
|
util::geom::operator<< (std::ostream &os, ellipse<S,T> val)
|
||||||
template util::geom::aabb<S,T> util::geom::bounds (ellipse<S,T>);
|
{
|
||||||
|
return os << "{ origin: " << val.origin
|
||||||
|
<< ", radius: " << val.radius
|
||||||
|
<< ", up: " << val.up
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|
<< " }";
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||||||
|
}
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||||||
|
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||||||
|
|
||||||
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||||||
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#define INSTANTIATE_S_T(S,T) \
|
||||||
|
template util::geom::aabb<S,T> util::geom::bounds (ellipse<S,T>); \
|
||||||
|
template std::ostream& util::geom::operator<< (std::ostream&, ellipse<S,T>);
|
||||||
|
|
||||||
|
//template util::point<S,T> util::geom::project(ray<S,T>, ellipse<S,T>);
|
||||||
|
//template bool util::geom::intersects (ellipse<S,T>, util::point<S,T>);
|
||||||
|
|
||||||
INSTANTIATE_S_T(2,float)
|
INSTANTIATE_S_T(2,float)
|
||||||
INSTANTIATE_S_T(3,float)
|
INSTANTIATE_S_T(3,float)
|
||||||
|
@ -19,11 +19,13 @@
|
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||||||
#include "fwd.hpp"
|
#include "fwd.hpp"
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|
#include "../view.hpp"
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||||||
#include "../point.hpp"
|
#include "../point.hpp"
|
||||||
#include "../vector.hpp"
|
#include "../vector.hpp"
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|
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||||||
#include <cstdlib>
|
#include <cstdlib>
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#include <random>
|
#include <random>
|
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|
#include <iosfwd>
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|
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||||||
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||||||
namespace util::geom {
|
namespace util::geom {
|
||||||
@ -43,6 +45,11 @@ namespace util::geom {
|
|||||||
using ellipse3f = ellipse<3,float>;
|
using ellipse3f = ellipse<3,float>;
|
||||||
|
|
||||||
|
|
||||||
|
template <size_t S, typename T>
|
||||||
|
bool
|
||||||
|
intersects (ellipse<S,T>, point<S,T>);
|
||||||
|
|
||||||
|
|
||||||
/// returns the approximate surface area of the ellipse
|
/// returns the approximate surface area of the ellipse
|
||||||
///
|
///
|
||||||
/// the general form involves _substantially_ more expensive and
|
/// the general form involves _substantially_ more expensive and
|
||||||
@ -94,6 +101,14 @@ namespace util::geom {
|
|||||||
);
|
);
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||||||
|
|
||||||
|
|
||||||
|
// generate a covering ellipsoid for an arbitrary set of points
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|
//
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||||||
|
// this isn't guaranteed to be optimal in any specific sense. but it
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||||||
|
// ought not be outrageously inefficient...
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||||||
|
ellipse3f
|
||||||
|
cover (util::view<const point3f*>);
|
||||||
|
|
||||||
|
|
||||||
/// returns a point that is uniformly distributed about the ellipse
|
/// returns a point that is uniformly distributed about the ellipse
|
||||||
/// surface.
|
/// surface.
|
||||||
///
|
///
|
||||||
@ -122,6 +137,11 @@ namespace util::geom {
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|||||||
|
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||||||
return self.origin + util::vector3f {x,y,z} / d;
|
return self.origin + util::vector3f {x,y,z} / d;
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||||||
}
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
|
||||||
|
template <size_t S, typename T>
|
||||||
|
std::ostream&
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||||||
|
operator<< (std::ostream&, ellipse<S,T>);
|
||||||
}
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
|
||||||
|
@ -62,6 +62,55 @@ test_area (util::TAP::logger &tap)
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|||||||
}
|
}
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||||||
|
|
||||||
|
|
||||||
|
void
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||||||
|
test_cover (util::TAP::logger &tap)
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{
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static struct {
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||||||
|
std::vector<util::point3f> cloud;
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|
const char *message;
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|
} const TESTS[] = {
|
||||||
|
{ {
|
||||||
|
{-1, 0, 0},
|
||||||
|
{ 0, 0, 0},
|
||||||
|
{ 1, 0, 0},
|
||||||
|
}, "three spaced across x"
|
||||||
|
},
|
||||||
|
{ {
|
||||||
|
{-1, 0, 0},
|
||||||
|
{ 0, 0, 0},
|
||||||
|
{ 1, 0, 0},
|
||||||
|
{ 0,-1, 0},
|
||||||
|
{ 0, 1, 0},
|
||||||
|
}, "planar circle about origin"
|
||||||
|
},
|
||||||
|
{ {
|
||||||
|
{-1, 0, 0},
|
||||||
|
{ 0, 0, 0},
|
||||||
|
{ 1, 0, 0},
|
||||||
|
{ 0,-1, 0},
|
||||||
|
{ 0, 1, 0},
|
||||||
|
{ 0, 0,-1},
|
||||||
|
{ 0, 0, 1},
|
||||||
|
}, "sphere about origin"
|
||||||
|
},
|
||||||
|
};
|
||||||
|
|
||||||
|
for (auto const &t: TESTS) {
|
||||||
|
auto const shape = util::geom::cover (util::view<const util::point3f*> {t.cloud});
|
||||||
|
|
||||||
|
auto const success = std::all_of (
|
||||||
|
t.cloud.begin (),
|
||||||
|
t.cloud.end (),
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||||||
|
[shape] (auto p) {
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||||||
|
return intersects (shape, p);
|
||||||
|
});
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||||||
|
|
||||||
|
std::cout << shape << '\n';
|
||||||
|
tap.expect (success, "%!", t.message);
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||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
|
||||||
///////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
|
///////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
|
||||||
int
|
int
|
||||||
main ()
|
main ()
|
||||||
@ -70,7 +119,7 @@ main ()
|
|||||||
|
|
||||||
test_intersection (tap);
|
test_intersection (tap);
|
||||||
test_area (tap);
|
test_area (tap);
|
||||||
|
test_cover (tap);
|
||||||
|
|
||||||
return tap.status ();
|
return tap.status ();
|
||||||
}
|
}
|
||||||
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