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基于VR技术的虚拟知识社区构建新探篇一
〔摘要〕首先介绍了上世纪末的新兴技术，也是影响未来的第二大技术——虚拟现实技术(VR技术)，列举了VR技术在多领域的应用，阐述了基于虚拟环境的虚拟知识社区的建构意义及建构举措，在知识管理理念上供业内同行商榷。
〔关键词〕虚拟现实技术(VR技术);知识管理;虚拟知识社区
〔中图分类号〕TP182〔文献标识码〕B〔文章编号〕1008-0821(2013)01-0047-04
互联网环境下，集成科技系统正在不断涌现，虚拟现实(Virtual Reality)技术就是很经典的案例，它是具有代表性的合成型的高科技，在某种意义上，它亦可划归为“西学东渐”范畴，目前，它已应用于众多行业，诸如：航空航天、医学手术、建筑仿真、考古复原、影视娱乐、教育科研等等。在图书情报部门的应用主要是基于高科环境的隐性知识挖掘、隐性知识管理、虚拟知识社区的构建等等。
1泛在环境下的VR技术
1.1虚拟现实技术的科学理念
一段时间以来，关于虚拟现实的狭义定义：VR技术就是一种先进的人机交互方式。它基于自然的人机接口，感受计算机生成的虚拟世界。也有人称它叫虚拟环境、赛伯空间、灵镜技术、全景技术等[1]。
而广义的定义：它是利用计算机模拟真实世界，从而形成模拟三维环境的技术，是通过计算机对各种复杂的信息加工处理，进行可视化操作，并且与之交互的一种方式[2]。虚拟现实是对真实世界的模拟，一方面，它能对现实环境做逼真的描述;另一方面，能使人们在观察虚拟环境的时候，犹如身临其境，可以与之进行交互。所以也能完全模拟出人的感觉和思维，可能记录下人的隐性知识，并能够把这些隐性知识传递给他人。
1.2虚拟现实技术的大致发展路径
美国是VR技术的发源地，研究水平基本代表着国际VR技术的发展水平。今天在该领域的研究主要聚焦在感知、用户见面、后台软件和硬件等层面。处于领先地位的美国宇航局的Ames实验室大量地研究了约翰逊空间站操纵的实时仿真，运用了大量的座舱模拟技术，且形成了一站式VR训练系统。我国VR技术起步较晚，只有少数大学和技术机构一直在深入探索，与欧美发达国家有很大距离。如北京航空航天大学计算机系研发了虚拟环境中物体物理特征的表示与处理，并实现了分布式虚拟环境网络设计。浙江大学CAD&CG开发出一套正面虚拟建筑环境实时漫游系统，其中包括一种新的快速漫游算法和网格递进快速生成法。凡此种种高技术是VR技术应用到知识管理中的技术保障。
1.3虚拟现实技术的突出靓点
在虚拟现实中强调的是人的主导作用。VR技术不仅实现了从“计算机为主体”到“人为主体”的转变，而且实现了“适计算机化的单维信息空间”到“适人化的多维信息空间”的转变。在传统的单维信息空间内，信息处理的工具或环境是计算机，人通过键盘、二维鼠标和显示屏幕等与计算机发生联系，人类以往的经验是以数字化形式存储在数据库内的。
单纯从计算机角度而言，VR技术不同于以往意义上的可视化操作界面、图形用户界面等，而是以更为先进的人机接口方式，给用户提供试听、接触、操作控制等直观清晰方便的实时交互方法。它有3个主要的特征分别是沉浸、交互、构想，其中沉浸是感受，交互是手段，构想是目标。
4虚拟现实技术在知识管理上的应用
知识的传播、转移及科学的管理是有流程的，即：著名的SECI知识转化模式。日本的企业学家野中郁次郎认为：显性与隐性知识的转化有4种状态：潜移默化(Socialization)、外部明示(Externalization)、汇总组合(Combination)、内部升华(Internalization)。(见图1)即图示为：社会化→外部化→组合化→内隐化，每一次循环上升都是一次创新与进步。
隐性知识是以思维、直觉、灵感、技能等产生并存储于个体身上的主观知识。混沌理论中认为，人的隐性知识系统是非线性复杂系统，有随机性，容易产生蝴蝶效应等特性[3]。而以虚拟现实技术为代表的新型人机交互技术，旨在探索自然和谐的人机关系，使人机界面从以视觉感知为主发展到包括视觉、听觉、触觉、力觉、嗅觉和动觉等多种感觉通道感知;从以手动输入为主发展到包括语音、手势、姿势和视线等多种效应通道输入。这样虚拟现实技术就将隐藏在人脑中的知识体呈现出来，从多种感觉渠道准确表达，致使隐性知识转移为灰色或白色显性知识。
不仅如此，VR技术有不断更新的计算机技术支持，不断提升的情感表达与情感接触界面的表示效果和人性化程度，真实的情景再现或者情景模拟，对于挖掘到的隐性知识的可利用程度大大增加。在充分利用现实表达技术和高效数据技术下，对于隐性知识的挖掘与管理上都显现出强大的优势[1]。
2虚拟现实技术在多领域上的应用
2.1VR技术在医疗行业中的应用
在医疗行业中，药物分子模型、虚拟人体、虚拟康复训练、各种医疗器械的模拟都借助VR技术来完成，为此，笔者认为在医疗事业的研发上它有无可替代的作用。
VR技术在医学典型的应用是虚拟手术，具体应对是仿真的手术过程编程、前期演练以及结果预测[4]。在模拟的“手术台”上，操作者沉浸在医护环境里，体验现实手术过程和解决某些“突发情况”，从而达到在交互信息的过程中，掌握各种临床手术的实际技巧。由于虚拟手术系统具有低代价、零风险、可重复性、自动指导的优点，可以迅速普及开来，提高实习者的手术技能，具有广阔的应用前景[5]。目前这种虚拟现实的手术训练系统已经在国际上普遍推行。例如Choi等研制了食管镜手术模拟训练系统，该系统能够使受训者感受到与虚拟软组织的接触并显示食管的变形和切割。Wang等研制了神经外科手术训练模拟系统，该系统通过可实时更新脑组织形变的三维立体显示和双手力反馈装置，能够模拟手术器械的穿刺、牵引与切割[6]。 2.2VR技术在航天里的应用
VR技术在航天领域里应用的发展趋势主要有4方面。其一，利用虚拟训练系统对宇航员进行失重心理训练，建立失重环境下的空间方位感。其二，虚拟座舱模型，训练航天员熟悉舱内布局、界面和方位关系，演练飞行和操作技能等。其三，人工控制模拟仿真航天器的空间交会对接技术，将对接动力学模型存入计算机系统，通过计算机仿真，实时地解出两个航天器间的相对距离和姿态角参量，通过计算机生成图像，在头盔显示器里实时地显示两个航天器的虚拟环境，此时航天员就像真正处在飞行空间进行对接操作一样[7]。其四，利用人工智能技术使计算机通过编程模仿人的思维过程，将与研究对象相关的专家知识纳入知识库，并根据这些知识进行推理，因而能解释用户的请求，确定必要的输入数据，修正或选择一个合适的模型进行实验，这样具有更强的仿真能力。
2.3虚拟现实技术在军事领域中的应用
虚拟现实系统可以满足模拟军事训练的三大类型的需要：(1)受训人员不需要观察战场中的目标，此类训练中，虚拟环境为受训人员提供一个仿真战地背景，根据主控台的指令显示训练的不同阶段，根据受训人员的操作显示武器平台的作战动作，从而增加训练的趣味性，并为训练组织者提供形象、直观的监控手段;(2)受训人员需要观测战场中的目标，并对目标进行跟瞄操作。此类训练中通过VR技术创建一个虚拟战场空间，受训人员在其中搜索、观察、射击;(3)利用虚拟现实技术，构建武器装备维修训练虚拟场景，在其中对装备进行分解、结合，设置典型故障现象，并对受训人员的维修步骤进行评判、指导。
2.4VR技术在教育领域中的应用
应用VR技术的虚拟校园，目前，在许多大学都有成功的个案：清华大学、浙江大学、北京大学、上海交通大学、山东大学、西北大学、中国海洋大学、杭州电子工业大学等先后建成虚拟校园、虚拟实验室：例如，浙江大学承担的欧盟项目中，开发了基于虚拟人物的电子学习环境(ELVIS)，用来给10～12岁的小学生进行故事创作，并支持其不同的情绪变化等。再有就是在远程教育及特殊教育上的应用开发。
3构建隐性知识管理中的虚拟知识社区
虚拟知识社区的开展是将VR技术应用到隐性知识的挖掘中。虚拟知识社区是一个基于网络的虚拟学习环境，具有共同兴趣和学习目的的学习者和组织者共同构建的。目的是提供一个平等、自由、协作、开放的知识空间，促进知识类分、存储与共享。隐性知识在自由、协作、开放的环境中得到良好的交互。这种虚拟知识社区可以为个体隐性知识的构建提供非正式化的学习环境，也为一些具体的隐性知识利用提供特定的情境，也为隐性知识的构建提供了交互的支持。
3.1构建虚拟知识社区系统
虚拟知识社区利用VR技术中的计算机图形学、数字图像处理、多媒体技术、网络技术、传感器与测量器、仿真与人工智能等创建出VR系统。力求打造出一个拥有真实的、可感知的沉浸环境，将细分后的知识分类数字化的同时，还可以将知识融入现实的操作，依靠VR系统的仿真还原达到让学习者良好的沉浸其中的效果，使虚拟现实系统达到完美的“真实再现”。在此沉浸环境中，用户可以在交互平台中，借助系统提供的头盔、特质鼠标或活动杆、特质座椅等数字化工具，体验在虚拟系统中所感受到的声音、碰撞甚至爆裂等情景，系统让用户的每一个动作，甚至想法和直觉都会得到系统交互后做出的反应。这种交互式的平台是由强大的智能主体组成，智能主体可以快速的进行数字分析和数字统计，并有效的做出反应，传感方式快捷。在沉浸环境和交互平台的有效发挥作用后，人脑就会产生隐性知识的碰撞，会主动思考问题，并采取一些行动。这是隐性知识在被刺激后的反馈行为，也是自我构想的效果显现。而系统会依照交互反馈式技术模式，对用户的反应进行收集分析后，变化环境参数和行为数据，创设新的虚拟环境，与用户进行反复的交互，这也是隐性知识反复交互并被记录的过程，使隐性知识得到显性化的目的。
3.2虚拟知识社区中的探索空间
3.2.1自主知识空间
自主知识(学习)空间是区别于其他学习工具系统的自我使用各种知识文本等达到自我学习目的的另一种较为高级的学习环境。在自主学习空间中，储备了大量的将已有知识通过虚拟现实技术处理，在虚拟的环境中达到仿真效果的知识。这些应对某一特殊问题所需的特殊技能或隐性知识，在通过上述的虚拟现实系统，并且已经被系统记录并有效分析后编入自主学习空间系统，用户可以直接进入系统，亲身实践学习。包括教育游戏、虚拟实验等。此系统的功能高于学习工具系统，应用VR技术和各种配置性器械，将打造出低消耗、高安全、可反复的读者学习空间。
3.2.2知识的协作研发空间
研发空间是与自主知识系统相比更高级、更高效的知识系统与空间。此空间的构想理念在于挖掘潜藏在人脑中的大量且难编码的隐性知识。在隐性知识转化过程中，包括互逆的两种转化途径，其中隐性知识转化为隐性知识是重要而不曾被有效控制的一种转化途径。研发空间就是依照隐性知识互化途径形成的一种学习系统，在此系统中，用户主要依靠自身隐性知识的转化与被转化的过程进而达到学习的目的。与此同时，系统会记录学习中的整个过程，将新生成的隐性知识显性化，增强对隐性知识的管理层次及维度。
3.2.3虚拟知识社区中的知识共享
在虚拟社区里，用户主要依据发帖和回帖、引用及分享来实现多元知识的共享。笔者认为，对虚拟社区知识关系的品评要凭借成员所发布及回复的帖子为源头，理清脉络，一个话题、一个论点，都可能引发众多的回复者、讨论者，进而研究者可收集到N 个有价值的帖子，从会话(Session)线索(Thread)中，可提炼出诸多知识精髓，及群成员的共有知识。籍此，在网络社区中，成员的共识、群体理念表现为一起参与的讨论线索数。依据这些磋商线索数字，就可创建出社区成员的知识关系网，此为无向加权网络。每个节点表示一个成员，由节点A和节点B间的一条边，表示成员A与成员B曾经共同进行了某个议题的讨论;边的权重表示群成员共同参加议论的线索数量[8]。(见图2：其中，节点代表社区成员、实线代表互动实践、虚线代表知识关联、连线左右的数字代表知识关联和人际互动的权重值)。 基于图2的实、虚脉络联结走向，笔者得出4种说法：社群成员间知识关系与互动关系两者是相互关联的;共享网具备核心人群;个体成员的知识联结以弱联结为主体;个体成员间的互动呈弱联结趋势。
3.3完善虚拟知识社区的几大举措
(1)相关虚拟知识社区内部可以实施相关知识主题的互动游戏、基础话题问答、FAQ等栏目，实施一些关于成员的评论及浏览权限;组织一些社区内部小组，使得社区成员通过内部申请建立主题空间、形成兴趣圈协作学习，提升对主题的认识与拓展;加大社区成员的归属感，以此促进社区知识共享。
(2)打造优良的文化氛围。只有社区建设出健康向上的文化氛围，社区成员才能进行和谐正常的互动探索。社区应向更大的范围拓展，宣传自身的特色文化，打造出品牌并扩大其影响;提供便捷、灵活的成员互动方式，方便成员间的思想交流，营造友好活跃的气氛;在社区内部还要大力弘扬平等互助、和谐博爱的团队关系，强调公平、正义、和谐的价值观[9]。
(3)建立行之有效的奖惩制度。有效的奖惩制度可以促进社区成员的个人行为预期，为参加知识共享的成员争得席位，提升知识共享的影响和几率。具体说分为个人的奖惩机制与人机交互的奖惩机制：对于个人可提高声望、或物质奖励;对于人际互动机制，可采取虚拟货币、虚拟物品等推动其积极性，还可通过发布社区明星榜来敲定。
4结语
虚拟现实技术是一种发展中的三维仿真型技术。它通过计算机硬件、软件和显像功能将不同领域中的情景再现或者还原，可以是历史再现、人体构造或是潜藏在人脑中的记忆或经验。这完全符合人类的隐性知识难以编码的特性，根据特定的虚拟现实系统，可以准确的再造出潜藏的这些知识与景观，并将能够有效的记录和进行知识管理。在全球一村庄的今天，就必然要系统建设与维护虚拟知识社区，在虚拟知识社区里，进行学习、培训、充电、演练……这在知识管理中将是一个全新的进步。
参考文献
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基于虚拟现实(VR)技术的电力统一监控平台篇二
摘 要
由于无人值守变电站越来越多，这对电力管理部门在技术和管理上都带来了新的挑战。无人值守变电站的自动化、智能化的程度越来越高，各种在线监控系统也越来越多，对于信息化管理的要求也更高。因此亟待需要一个统一监控平台将电气设备、环境、图像、各种报警装置全方位直观展现，以便管理操作人员能快速、直观、便捷的查看到所需的实时或历史数据。本项目即是针对以上所列出的无人值守变电站运行管理的新挑战，通过基于虚拟现实(VR)技术的变电站远程统一智能监控平台的应用研究，来提高无人值守变电站的运行管理水平。
【关键词】虚拟现实 电力 智能 监控平台
1 引言
随着电力自动化技术的快速发展，越来越多的常规变电站改造为无人值守变电站，无人值守变电站的电压等级和范围越来越广，成为未来发展的必然趋势。在常规变电站改造为无人值守变电站以后，它实现了变电站运行的自动化、精度化，确保了对变电站事故的处理效率和准确性，进一步保障了系统安全，减少了人员的误操作，减少了大量的运行值班人员，提高了劳动生产率，降低了成本，带动了企业科技进步。
但是无人值守的模式无论是在技术上还是管理上都对原有的模式带来了新的挑战。无人变电站的电压等级各站有所不同，设备型号复杂，对于管理运行人员熟悉设备的运行、维护和操作的要求高。并且无人值守变电站的自动化、智能化的程度越来越高，各种在线监控系统也越来越多，对于信息化管理的要求也更高。因此亟待需要将不同监控系统按照设备的真实场景进行统一、整合、分析，电气设备、环境、图像、各种报警装置能全方位直观展现，以便管理操作人员能快速、直观、便捷的查看到所需的实时或历史数据。
2 项目内容
本项目即是针对以上所列出的无人值守变电站运行管理的新挑战，通过基于虚拟现实(VR)技术的变电站远程统一智能监控平台(以下简称“平台”)的应用研究，来提高无人值守变电站的运行管理水平，如图1所示。
2.1 平台的功能
2.1.1 真实三维再现变电站场景
直观再现变电站的建筑、主控室、开关室及环境场景; 直观显示电气一次部分以及电气部分的实际连接;直观显示开关柜的位置、外观 ; 直观显示辅控设备的现场安装位置。
2.1.2 集中展示设备工况
3D实景中沉浸、快速、便捷地查看任意电气设备的相关数据、数值、图像，并可进行历史变化趋势的对应分析、判断。
与Scada系统融合――实时展示电气设备的Scada遥测、遥信数据，并统计开关跳闸次数、变压器调档次数及瓦斯保护动作次数;
与图像监测系统融合――实时显示现场监测图像;
与在线测温系统融合――实时显示在线温度;
与现场巡检系统融合――展示设备巡检历史记录。
2.1.3 自动灵活查看实时图像
双击场景中的设备，图像设备自动进行转向、对焦，颠覆传统人工查找摄像机、转动云台、聚焦等一系列繁琐动作;无需查找图像设备，可快速、便捷、准确地进行对应设备的远程外观察看、拍照、热红外成像测温、热红外拍照等一系列动作，并智能生成人性化的记录、报告等。
2.1.4 设备异常告警
整个三维场景中，每个设备模型会随着实时采集来的数据，智能判断设备工作状态是否正常;对于出现异常的，三维场景会自动将设备渲染成告警模式并定位，不断提示操作人员及时排除故障;解警后，可在设备数据面板中查看历史告警记录。
2.1.5 远程巡视
设定所需巡检的设备点以及关注的数据量、视频图像外观、热红外成像等必要的巡检信息，系统自动生成巡检路径;巡视人员通过平台随机或定时进行远程巡检，当进入已设定的巡检设备点时，系统将相关的设备相关在线监测数据，进行集中展示;对实时巡检的结果、过去时间短的变化趋势等进行正常与否进行巡视、判定，形成远程综合分析巡检结果记录，如图2所示。
2.2 基于虚拟现实(VR)技术实现的变电站远程统一智能监控平台的特点
2.2.1 直观逼真
虚拟现实是人们通过计算机对复杂数据进行可视化、操作以及实时交互的环境。本平台中将通过三维模型忠实逼真地再现了安阳市北郊变电站场景，产生了沉浸式的交互环境。
2.2.2 统一管理
基于虚拟现实(VR)技术实现的变电站远程统一智能监控平台可融合各种平台系统，展示其相应数据或图像，如Scada电气数据(遥信、遥测数据)、在线测温数据、辅助监控系统的视频图像等。
2.2.3 智能监控
基于虚拟现实(VR)技术实现的变电站远程统一智能监控平台融合数字视频监控、RFID无线识别、智能门禁、智能报警等多种监控方式：
整个三维场景中，每个设备模型会随着实时采集来的数据，智能判断设备工作状态是否正常。对于出现异常的，三维场景会自动将设备渲染成告警模式并定位，不断提示操作人员及时排除故障;
所有的图像、安防、消防、周界、门禁、温湿度、各种传感设备、三维一次电气设备及其附件的各种属性、数据、动作、变化规律，均可以作为告警条件，进行告警及组合告警触发。
2.2.4 智能远程巡检
优化目前传统的现场巡检模式，通过在该平台上设定巡检路线、巡检设备、巡检数据量、设备外观等不同巡检内容，巡视人员在定时或随机通过该平台上进行远程巡检，当进入巡检设备点时，系统将相关的设备相关在线监测数据，进行集中展示，并对实时巡检的结果、过去时间短的变化趋势等进行正常与否进行巡视、判定，形成综合分析结果记录，能远程、高效进行电气设备多系统、跨平台巡测，减少现场巡检频次，形成和现场巡检的高度互补、统一。
3 技术实现
3.1 3D建模技术
三维建模软件为3dMax，它是Autodesk公司开发的基于PC系统的三维动画渲染和制作软件，它功能强大，扩展性好。它适合制作建筑模型、物体动画模型以及人物动画模型等，可利用系统自带的材质库，或自制的贴图，来达到逼真的效果。
3DMax还可以将模型文件导出多种格式的文件，可用于 Java3D开发的引擎平台加载，如obj文件、3ds文件、mdl文件和smd文件等。
本平台引擎所适用的模型有obj、3ds和ms3d。基本场景静止模型采用obj文件格式;刀闸开合、门开合的动画采用3ds格式;漫游人物动画采用ms3d格式。
3.2 平台引擎技术
由于本平台采用B/S架构，所以平台引擎选择用Java3D 来实现VR技术。Java 3D是Java语言在三维图形领域的扩展，是一组应用编程接口(API)。客户端只需要使用标准的Java虚拟机就可以浏览，因此具有不需要安装插件的优点。而且Java3D是基于Internet的软件开发平台，它能将图形功能与Internet很好地集成在一起，因此它非常适用于开发基于网络的VR系统。
本平台算法有如下创新点：
(1)创新采用双视野模式展示变电站复杂场景中的人物/眼睛视野模式;更加直观，沉浸地再现变电站复杂真实场景，实现变电站复杂场景及电气设备、屏柜等多视角三维展。
(2)针对三维变电站场景地形的复杂性，改进传统2D启发式搜索A*算法，大幅度提升变电站复杂三维场景自动寻径的消耗时间。
(3)改进了三维变电站复杂场景中地面高低的检测算法，创新地增加了多维射线，来检测路面的高度信息，提高检验的精确性。
(4)根据变电站场景的复杂性、电气设备的布局复杂以及空间局限性，改进传统的AABB碰撞检测算法，采用动态AABB碰撞检测算法，大幅度提高碰撞检测的准确性。
(5)在变电站三维复杂场景中人物平滑移动，摒弃传统的BSP树，采用椭球体算法并添加滑动公式，实现碰撞后的平滑移动及电力巡检人物碰撞后的椭球体滑动处理。
3.3 系统接口技术
本平台与其它所需展示的系统接口程序采用Web Service模式。它是基于网络的、分布式的模块化组件，它执行特定的任务，遵守具体的技术规范，这些规范使得Web Service能与其他兼容的组件进行互操作。Web Services 利用 SOAP(简单对象访问协议)和 XML(Extensible Markup Language可扩展标记语言 )对这些模型在通讯方面作了进一步的扩展以消除特殊对象模型的障碍。XML是用于标记电子文件使其具有结构性的标记语言，提供统一的方法来描述和交换独立于应用程序或供应商的结构化数据，可以用来标记数据、定义数据类型，是一种允许用户对自己的标记语言进行定义的源语言，非常适合 Web 传输。
本平台的一大功能是可以展示不同系统的实时参数，不同的系统有不同的编程方式，而且像Scada系统，数据量大，且实时性要求很高，接口程序需要设计的灵活、高效，扩展性好。
与Scada系统接口：Scada系统中有所有电力设备所有遥测、遥信数据，本平台需要快速、便捷的从如此庞大的数据量中检索出所需的数据是个难点
与变电站辅控系统接口：本平台需要从辅控系统中要快速便捷地检索出实时图像、及智能报警信号，而图像的文件一般比较大，快速流畅地在3D平台中展示是个难点。
预留与其它系统的接口：因为本平台可以融合其它多种系统平台的数据，所以要求它在扩展性上做到有足够的冗余设计。
4 结论
基于虚拟现实(VR)技术的统一监控平台三维系统采用先进的软硬件技术，在系统功能方面立足电力变电站智能化管理和安全运行的实际情况，解决了传统管理中很多人工难以解决的问题，同时面向变电站整体模块，克服过去各系统数据条块分割、人工关联的弊端，从变电站实际指挥、运行诊断、检修操作等实际使用的角度出发，实现变电运行设备数据准确及时的采集，电气设备、各种监控装置等真实位置场景及实时状态进行直观、立体、逼真的集中再现及变电站三维巡视的漫游、数据记录、外观记录、巡视分析报告录入等数据的直观、统一再现。规范了业务流程的管理，减少了人工和材料损耗，实现了信息数据及分析的自动生成，实现了变电运行的智能及集中化管理。
参考文献
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