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简介：Sketch Up曲面生成器为3D建模软件Sketch Up的用户提供了一种高效创建复杂曲面模型的解决方案。这款工具提升了设计师在建筑、室内设计、景观规划等领域的设计能力，使3D模型更加逼真和专业。它具备快速构建NURBS曲面、自由形式设计、参数化编辑、高级编辑工具等核心功能，并与Sketch Up多版本兼容，提供教学资源支持。通过使用这款工具，设计师和学生可以实现创新设计并快速上手掌握高级3D建模技术。

1. Sketch Up曲面生成器概述

在当今的建筑设计与三维建模领域，Sketch Up曲面生成器以其直观的操作界面和强大的建模能力，在业界赢得了广泛的赞誉。本章将引领读者走进Sketch Up的世界，概述其核心功能，以及如何高效地利用这一工具进行曲面设计和建模。

Sketch Up不仅仅是一个建模软件，它还是一个能够将创意快速转变为三维模型的平台。它将复杂的三维建模过程简化为直观的拖拽与操作，使得即使是初学者也能够迅速上手并完成项目。

在这一章节中，我们将探讨Sketch Up的基本理念、工作流程以及它的应用领域。我们还将介绍其在快速原型设计、环境建模和可视化表现等方面的应用，并为后续章节的内容打下坚实的基础。无论您是从事3D打印、游戏设计、建筑可视化，还是影视特效制作，本章的内容都将帮助您更好地理解和运用Sketch Up曲面生成器。

2. 曲面建模功能

2.1 建模基础工具的介绍

2.1.1 曲面生成器界面布局

曲面生成器的界面布局是用户与软件进行交互的基础，它将各种建模工具和选项组织在一个直观的布局中。以最新版Sketch Up为例，界面主要分为菜单栏、工具栏、主操作区、材料库、组件窗口和场景管理器等几个主要部分。

• 菜单栏 : 提供了软件的所有功能选项，如文件操作、编辑、视图和窗口等。
• 工具栏 : 是对菜单栏功能的快速访问，包括选择工具、画线、画圆、矩形、推拉工具、移动工具、旋转工具、缩放工具等。
• 主操作区 : 用户进行实际建模的地方，可以在此区创建和编辑曲面。
• 材料库 : 提供各种材质和贴图，用于模拟不同的表面效果。
• 组件窗口 : 允许用户管理设计中使用的重复元素，如家具、门窗等。
• 场景管理器 : 用于创建和管理场景，方便用户进行多角度展示。

2.1.2 基本操作和快捷键

对于任何建模软件来说，熟练掌握快捷键可以大大提升工作效率。在Sketch Up中，一些基本快捷键的使用包括：

• 选择工具 (Spacebar): 空格键或鼠标左键可以选中对象。
• 画线 (L): L键用于开始绘制线段。
• 推拉 (P): P键用于将二维图形推拉成三维模型。
• 移动 (M): M键用于移动对象。
• 旋转 (R): R键用于旋转对象。
• 缩放 (S): S键用于缩放对象。
• 撤销 (Ctrl + Z): 撤销上一步操作。
• 重复 (Ctrl + Y): 重复上一步撤销的操作。

使用快捷键，可以加快模型的创建速度，提升建模的连贯性和流畅性。熟悉快捷键的用户可以在不离开键盘的情况下完成大部分操作，这对于提高建模效率非常有帮助。

2.2 曲面建模的高级技巧

2.2.1 曲面细分和光滑处理

曲面建模不仅仅是一个简单的堆砌过程，为了创建更自然、更逼真的模型，我们还需要对曲面进行细分和光滑处理。在Sketch Up中，可以通过以下步骤进行：

1. 使用细分工具 ( Shift + 4 ): 将模型细分，增加更多的边和顶点，提高曲面的详细程度。
2. 使用光滑工具 ( Shift + 3 ): 应用光滑处理以获得更为圆润的曲面效果。

在细分和光滑处理时，还需要注意以下几点：

• 细节的平衡 : 细分过多可能会导致模型过于复杂，影响渲染速度；细分太少则无法达到想要的细腻效果。
• 光滑程度的调节 : 光滑工具的效果可以通过调整参数进行微调，需要根据模型的具体需求来选择最适合的光滑程度。
• 局部与整体 : 在处理细节时，要保持模型整体比例和形态的一致性，确保光滑处理不会破坏模型的整体美观。

2.2.2 曲面与体块的转换方法

在实际建模中，常常需要在曲面和体块之间进行转换以达到特定的造型效果。在Sketch Up中，这一操作可以通过以下步骤完成：

1. 创建基础体块 : 使用画线和推拉工具创建一个基础体块。
2. 选中特定面 : 使用选择工具选中体块的一个或多个面。
3. 使用挤出工具 : 通过 Shift + E 快捷键激活挤出工具，然后拖动以扩展选中面，实现从体块到曲面的转换。
4. 将曲面转换回体块 : 反向操作，选择曲面后使用推拉工具即可实现从曲面到体块的转换。

在转换过程中，以下要点需要特别注意：

• 保留边界 : 在转换体块到曲面时，需要确保保留边界或边线，以便后续可将其转换回体块。
• 准确选择 : 在转换过程中需要精确选择，错误的选择可能导致模型变形或结构破坏。
• 拓扑结构 : 体块和曲面之间的转换可能会改变模型的拓扑结构，这会影响后续操作，如曲面细分和光滑处理。

为了更好地理解曲面建模的功能和技巧，在下一章节中，我们将深入探讨如何利用这些高级技巧进行自由形式设计。

3. 自由形式设计功能

自由形式设计是3D建模中的一种重要功能，它允许设计师突破传统几何形状的限制，创造出新颖和富有创意的模型。本章将详细探讨如何通过Sketch Up的自由曲线和曲面工具来创建自由形态，并通过实际案例分析来展示空间造型与创意表现的技巧。

3.1 自由曲线和曲面的创建

自由曲线和曲面是构成复杂3D模型的基础。掌握这些工具的使用方法，将让设计师在创建个性化和复杂设计时更加得心应手。

3.1.1 自由曲线工具的使用方法

自由曲线工具提供了多种方式来绘制曲线，包括手绘、利用控制点调整以及通过现有的线或面来生成。以下是使用自由曲线工具创建曲线的详细步骤：

1. 在Sketch Up中选择“自由曲线工具”。
2. 根据需要选择绘制模式（如“手绘”、“通过控制点调整”或“从边缘生成”等）。
3. 在画布上绘制曲线。如果是手绘，可以使用鼠标或绘图板自由绘制；如果是通过控制点调整，则点击曲线添加控制点，并拖动它们以改变曲线形状；若是从边缘生成，则选择现有的边缘并使用工具进行调整。
4. 绘制完成后，可以对曲线进行进一步编辑，例如使用“形状编辑工具”来修改曲线的平滑度和形状。

为了更好地理解如何使用自由曲线工具，我们可以参考以下代码块示例，该示例展示了一个简单脚本，用于在3D空间中生成一组自由曲线：

# SketchUp Ruby API 示例代码 - 自由曲线生成
model = Sketchup.active_model
entities = model.active_entities
points = [
    [0, 0, 0],
    [100, 0, 0],
    [100, 100, 0],
    [0, 100, 0]
]

# 使用点数组生成自由曲线
curve = entities.add_free_curve(points)

# 修改曲线的平滑度
curve.smoothness = 10

# 通过此代码块，我们定义了一组顶点，并利用这些顶点生成了一条曲线。
# 我们还设置了曲线的平滑度，使其更加接近真实的自由曲线。

3.1.2 曲面操纵器的高级应用

曲面操纵器是Sketch Up中用于编辑和操控曲面的强大工具。通过它可以实现对模型表面的精确调整和变形。

曲面操纵器有多种使用技巧，以下是几个高级应用案例：

• 移动、旋转和缩放曲面： 选择曲面后，可以使用操纵器上的控制点来移动、旋转或缩放曲面，进而改变模型的形状。
• 局部调整： 通过点击操纵器上显示的细小控制点，可以对曲面的局部进行细节调整，以实现更精细的控制。
• 变形工具： Sketch Up的变形工具可以配合曲面操纵器使用，通过设置关键点来非线性地变形曲面，创造出更为复杂的3D效果。

下面展示一个使用Ruby脚本控制曲面操纵器的示例，其中演示了如何利用脚本自动完成曲面的变形操作：

# SketchUp Ruby API 示例代码 - 自动曲面变形
model = Sketchup.active_model
entities = model.active_entities
face = entities.grep(Sketchup::Face).first # 选择一个曲面
face.control_points[2].move([0, 0, 10]) # 将控制点沿Z轴移动10单位

# 通过此代码块，我们选择了模型中的第一个曲面，并移动了其中一个控制点。
# 这种类型的脚本可以应用在自动化复杂的编辑过程中。

3.2 空间造型与创意表现

自由形式设计不仅仅局限于模型的二维轮廓，它还涉及到空间造型和三维立体设计。这一部分将探讨如何利用曲面生成器进行空间设计，并分析一些创意设计案例。

3.2.1 利用曲面生成器进行空间设计

曲面生成器能够帮助设计师在三维空间中以直观的方式进行设计。空间设计时，设计师应关注整体布局、功能分区以及视觉冲击力等因素。

使用曲面生成器进行空间设计的步骤包括：

• 确定空间布局： 首先，需要确定空间的基本形态和布局，可以借助草图和初始几何体来规划。
• 细部建模： 在布局确定后，逐步细化每个部分的模型，使用曲面工具来创建所需的空间形状。
• 材质和光影效果： 添加材质和调整光影效果，确保设计在视觉上达到预期效果。

3.2.2 创意设计案例分析

在实践中，通过具体案例的分析，可以更好地理解自由形式设计的实际应用。以下是对一个案例的分析，展示了如何将创意设计概念转化为实际的3D模型。

案例分析： 一个现代艺术画廊的设计

• 概念定义： 设计的目的是为了提供一个能激发艺术家创作灵感的空间。
• 空间布局： 画廊的空间布局需要灵活且开放，允许自由参观流线。
• 曲面设计： 设计师利用曲面工具创造了一系列复杂而又和谐的墙体结构，打破了传统矩形空间的束缚。
• 材质和光影： 通过精心选择的材质和自然光的引入，强调了空间的层次感和艺术氛围。

通过这个案例，我们可以看到自由形式设计如何从初步概念到具体实施，最终实现一个功能与美学并存的空间。

在本章节中，我们深入探讨了自由形式设计功能，包括自由曲线和曲面的创建方法、空间造型与创意表现的技巧。希望通过对这些内容的学习，读者能够掌握更高级的设计方法，并将其应用于实际的3D建模工作中。

4. 参数化编辑功能

4.1 参数化工具的原理与应用

参数化编辑器的逻辑结构

参数化编辑器允许用户通过设定参数来控制模型的几何特征和属性。在SketchUp中，这意味着设计者可以创建变量，用以描述模型的尺寸、形状或者其他特性。这些参数可以是数值、长度、角度等，也可以是通过逻辑关系定义的更复杂的参数。通过修改参数值，设计师能够快速调整模型的各个部分，实现设计的迭代和优化。

参数化编辑器的核心在于其对设计逻辑的捕捉和表达。设计者利用参数化工具将设计意图转化为可操控的变量，这样当参数发生变化时，整个模型会自动按照预设的逻辑更新，从而极大地提高了设计的灵活性和效率。

实例演示参数化编辑过程

为了具体展示参数化编辑的优势，我们可以考虑一个简单的建筑模型设计案例。假设我们需要设计一个具有可变尺寸和比例的窗户系列。首先，在SketchUp中创建一个基本的窗户框架模型，然后定义几个参数，例如宽度、高度和窗台深度。之后，可以将这些参数与模型的相应部分关联起来。

例如，可以使用SketchUp的内置尺寸标注工具来创建一个参数“窗宽”，并将其与窗户框架的宽度绑定。当我们需要调整窗户大小时，只需要更改“窗宽”的数值，SketchUp会自动将新的尺寸应用到窗户框架上。如果窗户还包含可调节的窗板，那么也可以为窗板厚度设置一个参数，并将其应用到对应的几何体上。

这种参数化的方法使得设计的可调整性和灵活性大大增强。通过参数化编辑器，我们能够轻松探索不同设计方案的可能性，快速进行设计迭代，这对于复杂的建筑设计项目尤其重要。

4.2 参数化设计的优势与挑战

提高设计的可变性与效率

参数化设计的一个显著优势是能够极大地提高设计的可变性。在传统的建模流程中，一旦模型建成，对其进行修改往往需要大量的手动调整，不仅费时费力，还容易出错。而在参数化设计中，设计师可以在一开始就设定好模型的各种参数，这些参数不仅限于尺寸和形状，还可以是更复杂的规则和逻辑。

在实际操作中，一旦模型需要修改，设计师只需要调整相应的参数，SketchUp软件就会自动更新模型的每个部分，确保所有的几何体和属性都保持一致性和关联性。这种基于参数的编辑方式，使得设计的迭代过程变得更加简单和迅速，大大提高了工作效率。

另一个显著的优势是参数化设计的协同性。在一个团队项目中，不同的设计师可以通过参数来协调他们的工作，确保各个部分能够正确对接。通过中央化的参数控制，团队成员可以实时看到设计的更改，并作出相应的调整，这无疑加强了团队的协作能力。

参数化设计中的常见问题

尽管参数化设计带来了诸多好处，但它也带来了一些挑战。首先，对于初学者来说，参数化编辑器可能显得有些复杂和难以掌握。理解如何正确地建立和维护参数之间的逻辑关系，需要一定的学习和实践。

其次，参数化设计在增加设计灵活性的同时，也容易导致模型过于复杂和难以控制。设计师需要仔细规划参数之间的逻辑关系，避免参数之间的相互冲突。此外，一个复杂的参数化模型可能需要更多的计算资源，导致软件运行缓慢。

最后，参数化设计的维护也是设计师需要考虑的问题。随着项目的进展，原始参数可能会发生变化或添加新的参数。因此，设计师需要制定良好的参数命名规则和模型管理策略，以确保模型的长期可维护性。

在使用参数化编辑功能时，建议采用模块化的设计方法，将模型分解为可独立编辑的组件，并为每个组件创建独立的参数集。这样一来，不仅可以保持模型的组织性，还能提升参数化编辑的效率和可管理性。

4.3 参数化编辑功能代码示例

以下是一个简单的SketchUp脚本示例，展示如何使用Ruby脚本语言在SketchUp中创建参数化窗口模型：

require 'sketchup.rb'

def create_window(width, height)
  # 创建窗户模型
  window = UI::Command.new("Create Window") {
    # 使用给定的宽度和高度创建窗户框架
    points = [
      [0, 0, 0], [width, 0, 0], [width, height, 0], [0, height, 0]
    ]
    face = Sketchup.active_model.active_entities.add_face points
    face.pushpull(0)  # 设置窗台深度为默认值
  }
  window.status = "Create Window"
  window.tooltip = "Create a window based on given dimensions"
  window.set_validation_proc { |context|
    contextパス = UI::ValidationState.ok
  }
  UI.menu("Plugins").add_item window
end

# 注册参数化工具
create_window(100, 200)  # 创建宽度为100mm、高度为200mm的窗户模型

这段代码定义了一个名为 create_window 的函数，它接受两个参数 width 和 height ，分别代表窗户的宽度和高度。函数内部创建了一个简单的窗户模型，并使用 pushpull 方法添加了一个默认的窗台深度。为了提高代码的复用性和扩展性，函数最后通过UI菜单注册了这个命令。

要运行此脚本，你可以在SketchUp的Ruby控制台中粘贴并执行。这样，你就可以在SketchUp中通过脚本创建具有参数化尺寸的窗户模型，大大提高了设计的灵活性和效率。

请注意，这个脚本是一个非常基础的示例，实际的参数化设计可能涉及更复杂的逻辑和数据结构。对于专业的参数化设计项目，通常需要使用更高级的脚本和插件，或者借助外部的参数化建模软件，如Grasshopper（与Rhinoceros 3D搭配使用）等。

5. 高级编辑工具使用

5.1 插件和扩展工具的集成

5.1.1 如何安装和配置插件

在3D建模和设计领域，插件和扩展工具是提高效率和功能的关键。在这一部分，我们将探讨如何在SketchUp中安装和配置这些高级工具。

首先，下载插件或扩展工具。大多数插件都可以从SketchUp的Extension Warehouse或第三方开发者的网站上找到。下载完成后，通常会得到一个 .rb （Ruby脚本文件）或 .exe 文件（在Windows操作系统上）。

Windows系统下的安装步骤：

1. 打开SketchUp ，然后选择 Window > Preferences （或点击左上角的 SketchUp > Preferences ）。
2. 在弹出的窗口中选择 Extensions 标签。
3. 点击页面左下角的 Install Extension 按钮。
4. 浏览到你下载的插件文件，选择它并点击 Open 来安装。

macOS系统下的安装步骤：

1. 打开SketchUp ，然后选择 SketchUp > Preferences 。
2. 在弹出的窗口中选择 Extensions 标签。
3. 点击页面左下角的 Install Extension 按钮。
4. 浏览到你下载的插件文件，选择它并点击 Open 来安装。

安装插件后，你可能需要配置它。大多数插件安装后会自动启用，如果需要额外的配置，插件开发者通常会提供安装指南或者在线文档。在SketchUp中找到对应插件的菜单项或工具栏按钮，点击打开配置界面。

示例代码块及逻辑分析：

# 假设这是一个Ruby脚本插件的配置部分示例代码
# 注意：这仅为示例，并非真实可用代码
if SketchupExtension点了安装按钮
  UI.messagebox("配置插件...")
  # 插件特定的配置代码
  config = {
    :setting_one => 'value',
    :setting_two => 123
  }
  # 配置插件逻辑...
  UI.messagebox("插件已配置完成！")
else
  UI.messagebox("插件未安装或出错")
end

在上述示例代码块中，展示了插件安装后进行简单配置的逻辑。当用户选择安装插件后，系统会弹出消息框提示配置信息，并执行一些配置任务。

5.1.2 选型与推荐的高级工具

在选择合适插件和扩展工具时，要根据具体的需求来决定。以下是根据不同的建模需求推荐的几类高级工具：

• 渲染插件 ：为SketchUp模型提供高质量渲染效果，例如V-Ray、Thea Render等。
• 自动化工具 ：提高设计效率，例如Fredo6系列工具、LayOutTools等。
• 建筑分析插件 ：进行能耗分析、日影分析等，例如Sefaira、Climate Consultant等。
• 几何操作插件 ：对模型进行复杂的几何操作和编辑，如Sandbox Tools、Flattener等。

在选择插件时，要考虑到插件与SketchUp版本的兼容性，以及其维护更新情况。一些用户社区活跃、好评率高的插件往往是不错的选择。

表格展示推荐插件：

| 插件名称 | 功能分类 | 特点 | |-----------------|---------------|--------------------------------------------| | V-Ray | 渲染插件 | 高质量渲染输出，快速预览和详细渲染选项。 | | Fredo6 | 自动化工具 | 提供各种自动化功能，如几何分割、变形等。 | | SketchyPhysics | 动态模拟插件 | 能够模拟简单的物理动态效果。 | | SketchUV | UV展开工具 | 用于模型纹理编辑，帮助用户更好地控制纹理。 |

根据具体的工作流和需求，选择适合的插件可以显著提高工作效率和设计质量。安装和配置插件的过程虽然需要一定的时间，但长远来看能够节省大量的建模和设计时间。

5.2 高级编辑技巧与实战演练

5.2.1 复杂模型的编辑技巧

在处理复杂模型时，有效的编辑技巧可以帮助设计师更快地完成任务。这通常涉及组织良好的图层使用、高效的组件管理以及对软件工具的深入理解。

组织图层

使用图层可以将模型的不同部分分隔开来，这样可以独立编辑和管理。在编辑复杂模型时，应该根据模型的不同部分或功能将它们分配到不同的图层中。

# 以下是一个Ruby脚本示例，展示如何使用图层
model = Sketchup.active_model # 获取当前模型
layers = model.layers # 获取所有图层

# 创建新图层
new_layer = model.layers.add('NewLayer')
# 将选中的实体移动到新创建的图层
entities = model.active_entities
entities.grep(Sketchup::Face).each { |face| face.layer = new_layer }

组件管理

组件在SketchUp中用于表示模型的可重复使用的部分。对复杂模型进行组件化管理是编辑时提高效率的关键。

# 示例代码，创建新组件
entities = model.active_entities
definition = entities.add_group
model_def = model.definitions.add('NewComponent')
definition.replace_with(model_def)
# 定义组件的实体...

快捷键的使用

熟悉并高效使用快捷键对于复杂的编辑工作至关重要。例如， Ctrl+C （复制）、 Ctrl+V （粘贴）、 Ctrl+Z （撤销）等基本操作应当熟练掌握。

实践操作

在实际操作中，设计师需要根据模型的具体情况灵活运用各种工具和技巧。在处理复杂模型时，可以运用推拉工具（Push/Pull）、选择工具、路径跟随工具（Follow Me）、曲线工具等多种工具组合来完成设计任务。

5.2.2 高级编辑案例分析

在这一小节中，我们将通过一个具体案例分析来展示高级编辑技巧在实际中的运用。

假设我们要设计一个复杂建筑物的屋顶结构，该结构由多个几何形状和曲面组成。我们会使用到的技巧包括图层组织、组件化、路径跟随工具的使用等。

案例步骤解析

1. 图层组织 ：首先，创建图层来分别管理屋顶的不同部分，比如屋脊、屋檐、倾斜面等。
2. 组件化 ：使用组件来表示屋顶的不同部分，这样可以在需要时轻松修改并保持整个设计的一致性。
3. 路径跟随工具 ：使用路径跟随工具来创建屋顶的轮廓，这使得屋顶曲线的建立更为精确和高效。
4. 细节调整 ：通过拉伸、移动和旋转等操作细化模型，同时使用插件如曲面细分工具来平滑模型表面。

通过上述步骤，设计师可以有效地处理复杂的屋顶结构，同时保证设计的准确性和质量。在每个步骤中，高级编辑技巧的运用大大提高了设计效率和最终结果的满意度。

通过上述分析，我们了解了高级编辑工具的集成和使用，以及如何运用这些工具来处理复杂的建模任务。正确选择和运用这些工具，可以显著提升设计工作的效率和质量。在接下来的章节中，我们将探讨SketchUp版本兼容性问题以及如何提升3D建模效率。

6. Sketch Up版本兼容性与3D建模效率

6.1 不同版本的曲面生成器比较

随着技术的发展，Sketch Up也不断推出新版本，每个新版本都包含了改进的功能和用户界面更新。理解不同版本间的差异，对于平滑过渡和提高工作效率至关重要。

6.1.1 主要版本更新与功能对比

不同版本的Sketch Up在功能和性能上都有所不同。例如，从Sketch Up 2017开始，引入了实时阴影和光线追踪功能，提升了渲染质量；而Sketch Up 2018版本则优化了性能，改进了导出PDF和2D导出功能，使得用户在导出工作成果时更加便捷。在最新版本中，例如Sketch Up 2021，用户界面进行了全面的改进，使得3D建模过程更加直观和高效。

6.1.2 旧版用户如何平滑升级

为了帮助旧版用户平滑过渡到新版本，Sketch Up提供了详细的迁移指南和在线教程。用户可以先备份旧项目，然后在新版本中打开，Sketch Up通常会自动识别并保留旧版本格式。如果遇到格式不兼容的情况，用户需要手动调整设置或者利用转换插件来解决。此外，通过社区论坛和官方教程可以学习如何利用新版本中的新增功能，充分利用新工具的优势。

6.2 提升建模效率的策略和方法

提高工作效率是每个3D建模师追求的目标。实现这一目标，需要从优化工作流程和使用各种效率工具入手。

6.2.1 工作流程的优化

优化工作流程意味着减少不必要的步骤和加快项目交付。在使用Sketch Up时，可以采用以下策略：

• 使用快捷键：熟悉并使用快捷键可以快速访问工具和命令，大幅提高工作效率。
• 模板和样式管理：在开始新项目前，预先设置好模板和样式可以节约时间，确保设计一致性。
• 项目结构和组织：合理组织图层、组和组件，使项目更加清晰和易于管理。

6.2.2 效率工具和脚本应用

除了Sketch Up自身的功能，还有众多第三方开发的工具和脚本可以进一步提高效率：

• 插件和扩展工具：例如ProWalker Graphics用于快速渲染，SU Podium用于高质量渲染，这些工具可以大幅缩短工作时间。
• 自定义脚本：使用Ruby脚本进行自动化处理，比如批量修改属性、自动清理模型等，可以极大提升工作效率。

通过对比不同版本的Sketch Up以及采用相应的优化策略和工具，可以使3D建模工作更加高效和愉快。接下来，我们将进一步探讨教学资源和用户指南，帮助用户最大化地利用这些工具和信息。

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