今年4月，零零無限發(fā)布了一款便攜式無人機(jī)Hover Camera，很快一夜之間爆紅，對于這款官方宣稱結(jié)合了最先進(jìn)的人工智能和小型飛行機(jī)器人科技的無人機(jī)，大家有期待也有質(zhì)疑。半年過去了，零零無限昨日宣布將于下周一舉行發(fā)布會(huì)，產(chǎn)品也即將發(fā)貨。本文作者為零零無限產(chǎn)品經(jīng)理，講述了Hover Camera從早期的概念設(shè)計(jì)到量產(chǎn)改良的過程。
作為一個(gè)Hover Camera的初創(chuàng)團(tuán)隊(duì)成員。我參與了Hover Camera早期的概念設(shè)計(jì)、原型開發(fā)、數(shù)次產(chǎn)品迭代以及量產(chǎn)改良等各階段，所以想說一下個(gè)人在這個(gè)產(chǎn)品開發(fā)過程中的經(jīng)歷以及了解的一些事情。
大神眾多，相信這里有無人機(jī)產(chǎn)品的研發(fā)工程師，也有飛行時(shí)間上千小時(shí)的老司機(jī)。但我還是想打破一下諸位對無人機(jī)的固有認(rèn)知：
HoverCamera不是航拍無人機(jī)!
HoverCamera不是航拍無人機(jī)!
HoverCamera不是航拍無人機(jī)!
重要的事情說三遍。
航拍無人機(jī)是為了拍“景”，飛高飛遠(yuǎn)，拍遠(yuǎn)山，拍大橋，拍沙灘;Hover Camera是為了拍“你”。在產(chǎn)品設(shè)計(jì)之初，這個(gè)的“你”指的是：
旅途中親密時(shí)刻
籃球達(dá)人的扣籃瞬間
音樂節(jié)的動(dòng)情時(shí)刻
除了這些，還可以是后院的一次BBQ，可以是一次婚禮慶典，可以是一場兒童球賽，可以是周末跟家里寵物在草坪上的嬉戲。
試想一下，此類場景如果用傳統(tǒng)航拍無人機(jī)拍攝——
為避免大家出現(xiàn)身體不適，此處略去一堆打著馬賽克的血腥圖片。
所以，讓民用無人機(jī)脫離“航拍”這個(gè)單一場景，適用于更加普世的場景，從一個(gè)相對小的航拍市場，進(jìn)入一個(gè)更為大眾化的數(shù)碼影像市場，從而惠及更多普通消費(fèi)者，這是Hover Camera對行業(yè)所肩負(fù)的使命。
再多從產(chǎn)品經(jīng)理的視角聊幾句，從低頻的航拍場景，到高頻的日常拍攝場景，這是民用無人機(jī)產(chǎn)業(yè)的一次“升維”。為什么旅行類的社交很難做，為什么巨頭要擠破頭去爭打車的場景，為什么微信能被大家稱為一個(gè)未來的OS：“頻次”的重要意義，適用于軟件，也同樣適用于硬件。
為了滿足這樣的使用場景，在設(shè)計(jì)之初，我們給HoverCamera設(shè)了很明確的三個(gè)產(chǎn)品目標(biāo)，分別是：安全、小巧便攜和簡單易用。
所謂安全，我們的標(biāo)準(zhǔn)是安全到能夠跟人很“親近”。
所謂小巧便攜，是為了讓它能盡可能滿足用戶高頻的日常場景，而這些場景又動(dòng)輒1~2千克的傳統(tǒng)航拍無人機(jī)無法適用的。
所謂簡單易用，做到“到手即飛“并不夠，更要做到硬件和軟件人機(jī)交互層的簡單易用。
接下來逐條分析一下我們是如何針對這些點(diǎn)做優(yōu)化的。
安全
關(guān)于安全，我們用了保護(hù)框。可能大家認(rèn)為這是最“笨”的設(shè)計(jì)，但坦白講，這也是最可靠的設(shè)計(jì)。相比利用避障等技術(shù)方案來達(dá)到“安全”，我們認(rèn)為全保護(hù)的外框才是更好的選擇。原因有兩個(gè)：首先，物理保護(hù)更為可靠;其次，打破了小白用戶對無人機(jī)產(chǎn)品的心理屏障，讓初級用戶敢于和一臺(tái)無人機(jī)進(jìn)行近距離的人機(jī)交互。(這點(diǎn)我們很快印證了：后來真實(shí)用戶測試時(shí)，幾乎所有女生都能很快上手)。
其實(shí)每個(gè)重要的產(chǎn)品決策背后都會(huì)引出大量細(xì)節(jié)實(shí)現(xiàn)和優(yōu)化，接下來也可以給大家簡單的分享一下
外形
保護(hù)框的外形設(shè)計(jì)(進(jìn)而影響到我們產(chǎn)品的整體造型)，我們前后做了好幾輪的腦暴，直接上設(shè)計(jì)稿。
材料
早期原型機(jī)設(shè)計(jì)時(shí)，我們就考慮了多種材料選擇方面的可能性。
鋁鎂合金——密度大，太重，沖擊后會(huì)產(chǎn)生塑性變形。
塑料或加纖塑料——注塑的材料剛度不夠，需要采用更寬更厚的結(jié)構(gòu)梁設(shè)計(jì)才能滿足穩(wěn)定支撐電機(jī)旋翼裝配的要求，另外過軟的細(xì)梁也會(huì)給用戶抓取的安全性造成負(fù)面影響。
我們最終的選項(xiàng)落在了碳纖維板——重量輕，強(qiáng)度高，符合我們的設(shè)計(jì)和品質(zhì)需求。決定使用碳纖維板之后，擺在面前的另一個(gè)大難題就是加工工藝。因?yàn)樽詈笪覀兊闹瞥尚枰獨(dú)v經(jīng)CNC切割，拋光，烤漆等25道工藝，特別是要在一整塊1mm厚的碳板上切出最窄處梁寬僅1mm的網(wǎng)格紋理，前人是沒有嘗試過的，我們也是經(jīng)歷了多次的工藝改良和迭代，才最終穩(wěn)定的實(shí)現(xiàn)了量產(chǎn)。
最終的碳纖維板成品
另外，提到保護(hù)框，還得必須談一下我們對碳板鏤空的優(yōu)化。
了解空氣動(dòng)力學(xué)的同學(xué)都知道，HoverCamera這樣的全保護(hù)設(shè)計(jì)對整個(gè)動(dòng)力系統(tǒng)所提供的最大升力和工作效率都有損耗，為了得出最佳的碳纖維板鏤空比例和鏤空形狀，我們專門自制開發(fā)了動(dòng)力系統(tǒng)測試平臺(tái)，不同的動(dòng)力系統(tǒng)和鏤空設(shè)計(jì)組合做了系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)對比，同時(shí)結(jié)合大量的用戶抓握測試，最終定下目前上下碳板鏤空率為80-85%的設(shè)計(jì)，使得整個(gè)外框能夠方便用戶抓取，有效的保護(hù)用戶的同時(shí)，仍然有足夠的鏤空空間供旋翼上下方氣流通過，使其產(chǎn)生足夠多的升力。
鏤空結(jié)構(gòu)的部分設(shè)計(jì)稿
為了盡可能延長續(xù)航，我們還對電機(jī)(馬達(dá))和旋翼都做了深度定制。
從電機(jī)的選型設(shè)計(jì)和仿真，到實(shí)物打樣驗(yàn)證和優(yōu)化改進(jìn)，從槳葉剖面翼型的選擇，到弦長扭轉(zhuǎn)角分布以及槳尖形狀的優(yōu)化，一共搭配組合做了數(shù)十版的迭代。在相同的旋翼尺寸和結(jié)構(gòu)約束條件下，我們的動(dòng)力系統(tǒng)在業(yè)界內(nèi)是處于領(lǐng)先地位的。
當(dāng)然，也希望各位知乎上氣動(dòng)方面的大神給我們多提建議，隨時(shí)交流。
再說句題外話，我們的產(chǎn)品4月底亮相后，有看到報(bào)道拿我們產(chǎn)品的續(xù)航和一些中型航拍無人機(jī)做對比，其實(shí)是不合適的。因?yàn)?，我們不是航拍無人機(jī)。
并且從空氣動(dòng)力學(xué)原理上來講，普遍來說更大尺寸的旋翼(比如8-9寸槳)的動(dòng)力系統(tǒng)的力效確實(shí)要好于小尺寸旋翼的動(dòng)力系統(tǒng)(Hover Camera的旋翼尺寸在3寸左右)，續(xù)航也會(huì)更長，這個(gè)應(yīng)該不難理解。在我們的產(chǎn)品設(shè)計(jì)和設(shè)定使用場景下，我們有意識(shí)地選擇了小尺寸的設(shè)計(jì)做出了全保護(hù)，在便攜和續(xù)航之間取了個(gè)平衡。
當(dāng)然，我們也在通過多種方式去提升續(xù)航，目前更多的是通過電池的性能質(zhì)量，電機(jī)控制算法和整機(jī)硬件減重去實(shí)現(xiàn)。
即將面世的產(chǎn)品會(huì)有10分鐘的續(xù)航，配2塊電池。
還是那句話，HoverCamera不是航拍無人機(jī)，所以跟中型航拍無人機(jī)比沒有任何意義。至于我們的續(xù)航(10分鐘)在我們的目標(biāo)場景下能否滿足大部分需求，暫且按下不表，后面詳細(xì)說。
小巧便攜
有句俗話說，麻雀雖小，五臟俱全。大家知道，進(jìn)化出“五臟俱全”的麻雀，大自然大約是花了1.5億年。類似的，要把一臺(tái)無人機(jī)做小，同時(shí)做到“五臟俱全”，這在工程上是一個(gè)前所未有的挑戰(zhàn)，也是需要大量時(shí)間和人力去打磨的。
為了實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的小巧，我們首先設(shè)計(jì)了一個(gè)可折疊結(jié)構(gòu)。這個(gè)設(shè)計(jì)想法來自于一次團(tuán)隊(duì)腦暴時(shí)偶然激發(fā)的靈感。因?yàn)楫?dāng)時(shí)我們一直在逼自己思考：如何能做出一個(gè)理想中足夠小、足夠便攜的產(chǎn)品。
當(dāng)時(shí)考慮的問題有很多，因?yàn)槿绻麢C(jī)尺寸太小，那抗風(fēng)性幾乎為零，于是想到了折疊。我們考慮過各種折疊的方式，但突然的一下靈光閃現(xiàn)，讓我們想到，HoverCamera外形是不是可以像書本一樣，隨身攜帶，隨處使用。這和我們產(chǎn)品的定位構(gòu)思非常吻合，后來方案立刻通過，然后就進(jìn)入了具體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的細(xì)化。所以才有了現(xiàn)在實(shí)現(xiàn)的折疊方案，一氣呵成的翻折動(dòng)作，1秒鐘完成打開放飛和回收閉合，非常方便。有一個(gè)細(xì)節(jié)就是，機(jī)身的兩處磁鐵設(shè)計(jì)，展開時(shí)不用費(fèi)力;閉合時(shí)同樣有磁鐵作為吸合鎖扣，簡單易用手感也好。
展開Hover Camera的設(shè)計(jì)手繪
結(jié)構(gòu)問題解決了，然后就是外框的厚度了。為了進(jìn)一步減薄HoverCamera的全保護(hù)外框輪廓，使其更輕盈便攜，我們量身定制了電機(jī)旋翼組裝，采用將螺旋槳蓋扣在無刷電機(jī)的外轉(zhuǎn)子上的設(shè)計(jì)，去除了普通電機(jī)上原本需要的凸軸，電機(jī)旋翼的組裝高度僅為電機(jī)本身的高度。整個(gè)兩翼部分展開厚度連同保護(hù)外框僅16mm。
整機(jī)的小型化要求我們的硬件電路板也做到盡可能小巧。基于高通驍龍芯片的主體電路器件被排布在71x29.2mm2大小的10層電路板上，懂行的硬件電路設(shè)計(jì)師朋友們應(yīng)該知道，像我們這樣將包含高通套片的硬件芯片部件組合方案壓縮布局在寬度30mm以內(nèi)的做法，其實(shí)是一件很有挑戰(zhàn)的事，排布走線和器件散熱都是前期評估時(shí)的很大的風(fēng)險(xiǎn)。
曾經(jīng)一度有供應(yīng)商提出做不了，需要改成更寬的電路板風(fēng)險(xiǎn)更小，但因?yàn)槲覀儗υO(shè)計(jì)的堅(jiān)持不妥協(xié)，最終還是把這個(gè)難題給克服了。
散熱系統(tǒng)上，我們也把“小巧”推到了極致。我們原先使用的是帶風(fēng)扇的散熱設(shè)計(jì)，后來創(chuàng)新性地使用了無風(fēng)扇設(shè)計(jì)，上一張對比圖。右側(cè)是帶風(fēng)扇的散熱設(shè)計(jì)，可以看到很明顯的突起(紅圈中)。
為了能夠?qū)崿F(xiàn)無風(fēng)扇的設(shè)計(jì)，我們利用了旋翼繞流增加空氣對流，對主體電路器件施加無附加風(fēng)扇的主動(dòng)散熱。我們的工程師對Hover Camera的流場進(jìn)行了充分的數(shù)值仿真和流動(dòng)顯示實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，最終制定出目前的這一套效果非常不錯(cuò)的散熱結(jié)構(gòu)方案。
另外，去除內(nèi)置風(fēng)扇結(jié)構(gòu)之后，不僅讓整體結(jié)構(gòu)上更加一體化，還減少了機(jī)身重量，從而進(jìn)一步延長了Hover Camera的續(xù)航。
簡單易用
簡單易用這一部分，首先跟大家分析下我們最重要的一項(xiàng)人機(jī)交互：指尖放飛。
大家可以回憶一下用三腳架拍攝集體照時(shí)的體驗(yàn)，有經(jīng)驗(yàn)的攝影師基本直接對三腳架的高度進(jìn)行設(shè)置，然后再對構(gòu)圖進(jìn)行微調(diào)，即能夠完成一張集體照的拍攝。類似的，我們在設(shè)計(jì)之初，也希望用戶可以很方便地對“高度”這個(gè)關(guān)鍵的拍攝參數(shù)進(jìn)行設(shè)定，這里的“方便”不是將HoverCamera放置于地面，一鍵起飛之后再調(diào)整高度，而是放在哪兒就懸停在哪兒。高度被很方便地設(shè)置以后，再在手機(jī)端對構(gòu)圖進(jìn)行微調(diào)，再按快門完成拍攝。
指尖放飛的人機(jī)交互，相對于靜止平面的起飛，要復(fù)雜得多。具體來說，每個(gè)用戶在放飛時(shí)的握持手勢不同，離開機(jī)身的手指的順序不同，離開的瞬間指尖動(dòng)作對機(jī)身平衡的擾動(dòng)，這些讓指尖放飛的實(shí)現(xiàn)難度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于靜止平面起飛。
除了指尖放飛、拋飛，還有無需用戶額外校準(zhǔn)的飛行實(shí)現(xiàn)，還有碰撞障礙后的主動(dòng)閃避，還有室外在無GPS的情況下穩(wěn)定可控的飛行等，這些的實(shí)現(xiàn)，靠的是多方面算法的結(jié)合使用，包括我們1kHz高速更新的傳感器融合算法，針對性的自適應(yīng)飛控算法，電機(jī)驅(qū)動(dòng)采用的高效和快速響應(yīng)的磁場定向控制算法(FOC)，以及實(shí)時(shí)處理來自底置和前置攝像頭的圖像和機(jī)器視覺算法。
其實(shí)很多具體的代碼實(shí)現(xiàn)和算法結(jié)合優(yōu)化，都沒有教科書或范例，全是我們結(jié)合自己產(chǎn)品和應(yīng)用的具體需求，借助著我們工程團(tuán)隊(duì)一次次的深層研究，一次次的嘗試積累得來的。
另外，我還想從我們產(chǎn)品的“智能化”來說一下“簡單易用”這個(gè)特點(diǎn)。
為了能夠讓更多的小白用戶更方便地上手我們產(chǎn)品，我們首先是棄用了傳統(tǒng)的無人機(jī)遙控器。但同時(shí)又要讓用戶方便地捕捉到扣籃之類的精彩鏡頭，這就要求我們在跟人算法上做出深度的優(yōu)化。我們在一顆高通驍龍801芯片上實(shí)現(xiàn)了基于卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(CNN)的人臉人形檢測算法，而且是實(shí)時(shí)的!在用戶選定需要跟隨的人形之后，跟隨部分采用我們自主研發(fā)的高效高精度的跟蹤算法，并與1kHz飛控算法配合，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定可靠的人臉人形跟隨體驗(yàn)。
上一段視頻，從視頻里可以看出，我們的算法對光線明暗變化造成影響有較好的適應(yīng)和抵抗性，即使遇到背光和側(cè)光的轉(zhuǎn)換，也不會(huì)跟丟(點(diǎn)擊“視頻”觀看)。
再上一個(gè)視頻，這是我們產(chǎn)品在實(shí)際運(yùn)行跟蹤算法時(shí)的視頻，大家可以看到光線變化非常多，而且行人環(huán)境也很復(fù)雜(點(diǎn)擊“視頻”觀看，注：這里的攝像頭畫質(zhì)比較老，不是發(fā)售版本設(shè)備的畫質(zhì)。)
通過兩個(gè)視頻大家可以對Hover Camera跟隨拍攝的穩(wěn)定性有一個(gè)大致的概念，有興趣的同學(xué)可以橫向?qū)Ρ任覀兣c其他友商產(chǎn)品跟隨功能的穩(wěn)定性。
關(guān)于我們飛控和圖像算法的研發(fā)，網(wǎng)上很多猜測是說我們用了高通的無人機(jī)方案。然而，實(shí)際情況是，其實(shí)一直到發(fā)布產(chǎn)品，我們都沒有用過高通驍龍飛控開發(fā)板，也沒有用過高通的飛控模塊和圖像算法模塊產(chǎn)品。更準(zhǔn)確的說，我們是使用了基于高通驍龍芯片的硬件架構(gòu)方案和相應(yīng)提供的基礎(chǔ)SDK開發(fā)套件，剩下的中上層固件引擎，飛控，和圖像算法方面的軟件開發(fā)，都是我們一行行把代碼碼出來，編譯成二進(jìn)制文件后整合進(jìn)整個(gè)鏡像的?？赡苡型瑢W(xué)會(huì)有疑問，既然有現(xiàn)成的，為什么還要自己寫?長話短說的話就是，我們需要定制化的產(chǎn)品，通用的模塊無法滿足我們產(chǎn)品的需求。這里我們非常值得驕傲的一點(diǎn)就是，我們把高通驍龍801芯片的性能榨到了極限，并解決了芯片散熱問題。
最后再討論回續(xù)航。
首先，不可否認(rèn)的是，在不影響其他產(chǎn)品性能的情況下，續(xù)航這個(gè)指標(biāo)肯定是越長越好，但是，面對體積、重量、安全、智能化這種種條件約束，“續(xù)航”其實(shí)是一個(gè)根據(jù)使用場景進(jìn)行妥協(xié)的結(jié)果。
其次，不可否認(rèn)的是，10分鐘的續(xù)航，用在航拍場景，顯然是不合格的產(chǎn)品。但是，HoverCamera不是一臺(tái)航拍無人機(jī)，我前面也已經(jīng)交代很多次了。
有網(wǎng)友舉了某次飯后鄰桌女生自拍了40分鐘的例子，沒錯(cuò)，這的確是“自拍”的一個(gè)典型場景，但是用它來代表所有的“非航拍”場景，那未免以偏概全了。
舉例來說：
一次扣籃，從助跑到完成扣籃，大約是5秒鐘;
一次街舞，一般不超過2分鐘;
一次名勝古跡前的留影，也很少有超過3分鐘的。
何況，HoverCamera的包裝中默認(rèn)提供2塊電池，支持20分鐘的續(xù)航。
上一個(gè)我們內(nèi)測用戶的混剪視頻，大家可以想象一下以后人人都可以創(chuàng)作這樣的內(nèi)容(點(diǎn)擊“視頻”觀看)。
另外提一下我們結(jié)合單軸云臺(tái)位置補(bǔ)償和電子穩(wěn)像技術(shù)(EIS)實(shí)現(xiàn)的穩(wěn)像方案，很多輿論大力宣揚(yáng)基于3軸物理云臺(tái)的穩(wěn)像技術(shù)，我們認(rèn)為這樣的說法是不嚴(yán)謹(jǐn)?shù)?。在飛行器上進(jìn)行視頻/照片的拍攝，實(shí)質(zhì)上要解決的問題是：去除抖動(dòng)，穩(wěn)定拍攝角度。抖動(dòng)的主要來源有兩個(gè)，一是旋翼高速旋轉(zhuǎn)時(shí)帶來的基振和諧振，二是飛行器飛行時(shí)由于機(jī)身姿態(tài)的改變引發(fā)的攝像頭角度變化。后者是較為低頻的，大概在幾Hz以下，而前者有低頻和高頻的成分。不管是傳統(tǒng)的3軸云臺(tái)控制，還是我們的1軸云臺(tái)控制，
主要能解決消除的是低頻的振動(dòng)，而高頻的振動(dòng)很難靠云臺(tái)控制消除掉，而更多的是需要靠被動(dòng)吸震的方式來隔離或緩解，比如會(huì)出現(xiàn)在大多航拍無人機(jī)上的隔離主機(jī)身和云臺(tái)裝置的大塊海綿或硅膠材料等。所以其實(shí)只要做好隔離高頻，補(bǔ)償?shù)皖l這兩方面，就能有好的產(chǎn)品表現(xiàn)。
再次重申，脫離場景討論技術(shù)方案的優(yōu)劣，是外行的表現(xiàn)。我們的穩(wěn)像方案犧牲了一定的像素，但是優(yōu)化了產(chǎn)品體積，減輕了重量，增加了續(xù)航，所以從我們的產(chǎn)品場景需求以及物理尺寸形狀考慮，基于單軸云臺(tái)位置補(bǔ)償和電子穩(wěn)像技術(shù)(EIS)的方案是目前最平衡，最適合我們的方案。
當(dāng)然，我們現(xiàn)在的云臺(tái)在技術(shù)工程實(shí)現(xiàn)方面仍有很多可以改進(jìn)提升的地方，希望能一步一個(gè)腳印，踏踏實(shí)實(shí)把東西越做越好。
我們創(chuàng)業(yè)之初(2014年)，正是無人機(jī)的創(chuàng)業(yè)熱潮興起之時(shí)，市場上大部分創(chuàng)業(yè)公司基本都是針對市場領(lǐng)先者的產(chǎn)品做一些微創(chuàng)新，然后造勢、發(fā)眾籌、融資、細(xì)化產(chǎn)品、甚至再重新找新的產(chǎn)品方向和目標(biāo)市場。
而我們在創(chuàng)業(yè)伊始，選擇的就是，探索無人機(jī)新的使用場景。
一個(gè)是捷徑，一個(gè)是未知的路，我們選擇后者是因?yàn)槲覀冇懈胰ヌ魬?zhàn)新事物的勇氣和走一條新路的決心。也因?yàn)槲覀冋J(rèn)為在“致敬別人”成為互聯(lián)網(wǎng)風(fēng)氣的中國，thinkdifferent是一件特別酷的事情。
其實(shí)為了這個(gè)決定，我們遇到過不少困難，但都一一克服了。人在二十浪蕩歲，正是凱魯亞克在路上的年紀(jì)，總是要去探索點(diǎn)什么，做點(diǎn)什么看起來很偏執(zhí)卻正確的事情。
何況走這條路的時(shí)候身邊還有一群有同樣夢想的家伙，從2014年5月到現(xiàn)在，我們的團(tuán)隊(duì)已經(jīng)擴(kuò)張到120人，在這期間，每一位伙伴都付出了很多，在此真的要感謝團(tuán)隊(duì)的每一個(gè)努力的日日夜夜。
我也知道在各個(gè)城市都有很多和我們一樣的人在做著各種各樣的探索與創(chuàng)新，因?yàn)榇蠹叶枷嘈牛萍嫉拿看瓮黄贫紩?huì)改變生活的方式。
和對的人，干酷的事兒，如果捎帶再改變一點(diǎn)什么，那就真的沒什么比這更燃的了。
最后再說一句，17號(hào)晚上7：50，我們會(huì)通過天貓App直播國內(nèi)發(fā)布會(huì)，我是當(dāng)天的主播，大家有任何問題也可以在直播的時(shí)候留言進(jìn)行交流。謝謝大家對HoverCamera的厚愛!
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