心流理論下的AR教育游戲設(shè)計研究

摘要：探索基于心流理論的AR教育游戲設(shè)計策略。以用戶導(dǎo)向出發(fā)，總結(jié)AR教育游戲在用戶體驗過程中的體驗特點，并結(jié)合現(xiàn)有游戲案例討論AR游戲體驗過程中如何達(dá)到心流狀態(tài)。以心流理論為指導(dǎo)構(gòu)建出AR教育游戲在用戶體驗過程中的心流體驗?zāi)Ｐ停簞?chuàng)建心流環(huán)境、達(dá)成持續(xù)心流、強化心流結(jié)果。并提出了AR教育游戲的心流設(shè)計策略：清晰的游戲目標(biāo)、合適的交互反饋、技能與挑戰(zhàn)的平衡、專注游戲的學(xué)習(xí)內(nèi)容和沉浸虛實融合的世界中。最終在理論指導(dǎo)下以古詩詞學(xué)習(xí)為游戲目標(biāo)展開了相應(yīng)的設(shè)計實踐。

關(guān)鍵詞：心流 教育游戲 增強現(xiàn)實 AR教育游戲 游戲體驗

中圖分類號：TP391.9 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1003-0069（2023）22-0013-03

Abstract：To explore the AR educational game design strategy based on flow theory. From the perspective of user orientation，experience characteristics of AR educational games in the process of user experience were summarized，and how to achieve flow state in the process of AR game experience was discussed based on existing game cases. Guided by flow theory，the flow experience model of AR educational games in the process of user experience was constructed：to create flow environment，achieve continuous flow，and strengthen flow results. The flow design strategies of AR educational games are put forward：clear game goals，appropriate interactive feedback，balance between skills and challenges，focus on the learning content of the game，and immerse in the world of virtual and real integration. Finally，under the guidance of theory，the corresponding design practice is carried out with the learning of ancient poetry as the game goal.

Keywords：Flow Educational games Augmented reality AR education games Game experience

引言

教育游戲是一種能夠培養(yǎng)游戲使用者的知識、技能、智力、情感、態(tài)度、加直觀，并且具有一定教育意義的計算機游戲類軟件[1]。與傳統(tǒng)的電子游戲相比，教育游戲是嚴(yán)肅的游戲，能夠?qū)⒂螒虻膴蕵沸耘c知識性融為一體，在體驗過程中可以獲得游戲本身的愉悅感和獲取知識的滿足感。依托于不同類型的數(shù)字技術(shù)，可以將教育游戲分為電腦或移動數(shù)字設(shè)備下的教育游戲、虛擬現(xiàn)實技術(shù)（VR）下的教育游戲、增強現(xiàn)實技術(shù)（AR）下的教育游戲、混合現(xiàn)實技術(shù)（MR）下的教育游戲和體感技術(shù)下的教育游戲等。其中，由于AR技術(shù)具有真實和虛擬結(jié)合、實時交互、三維注冊的三大優(yōu)勢特點，使AR教育游戲的用戶在體驗過程中帶來獨特的心理感受和交互體驗，降低了游戲教育內(nèi)容的理解難度，有效提升使用者的學(xué)習(xí)興趣和記憶效果，獲得越來越多體驗者的青睞。隨著AR技術(shù)的發(fā)展和逐漸成熟，未來在教育方面，游戲和新型智能技術(shù)相融合的趨勢會越來越明顯[2]。

AR教育游戲如何能夠利用技術(shù)優(yōu)勢最大化實現(xiàn)游戲的教育性與娛樂性的雙重平衡是當(dāng)前研究的重要議題。從游戲設(shè)計的角度出發(fā)，心流理論注重探討游戲過程中體驗者的心理變化過程與心流的產(chǎn)生和維持；從教育學(xué)習(xí)的角度出發(fā)，心流理論能闡釋學(xué)生的最佳學(xué)習(xí)狀態(tài)，認(rèn)為處于心流下的學(xué)生能更加高效地學(xué)習(xí)[3]。而在AR技術(shù)支持下，教育游戲可以通過拓展心流的體驗維度來實現(xiàn)更加有效的知識獲取和游戲沉浸感。因此，本文基于心流理論探索AR游戲教育游戲科學(xué)的設(shè)計策略，幫助使用者在游戲過程中快速持續(xù)獲得心流狀態(tài)，為游戲更好地實現(xiàn)預(yù)期效果提出了相應(yīng)的思考。

一、AR教育游戲的體驗特點

為了更好地針對AR教育游戲進(jìn)行設(shè)計開發(fā)，本文從用戶體驗角度出發(fā)，結(jié)合教育游戲本身和AR技術(shù)的三大特點，概括了三點AR教育游戲的使用過程中的體驗特點：其一，場景真實性。AR技術(shù)特有的虛實融合與三維注冊的特點，使游戲過程中玩家能將虛擬的三維游戲元素置入真實場景中，并且虛擬元素具有真實的三維空間位置，打通了真實環(huán)境與虛擬環(huán)境的界限。用戶操作一般經(jīng)歷3個步驟：掃描真實場景（信息輸入）、空間信息分析（數(shù)字轉(zhuǎn)化）和放置虛擬物品（信息輸出）。利用虛實信息的融合和真實的視覺效果為用戶帶來更加真實的體驗，因此可以使AR教育游戲獲得更好的視覺效果；其二，互動趣味性。AR技術(shù)本身具有互動性，在游戲中使用者可以利用界面交互、手勢交互、語音交互等方式與游戲內(nèi)容進(jìn)行有效互動，通過主動參與和被動接受相結(jié)合的方式獲得知識。在自發(fā)性的探索過程中能夠激發(fā)用戶的思考與探索欲，體會交互的樂趣并加深對所學(xué)內(nèi)容的印象，以此方式獲得更好的教育效果。其三，體驗沉浸性。利用AR技術(shù)實現(xiàn)在真實環(huán)境下的虛擬互動，獲得視覺和聽覺為主的強烈感官感受，有益于體驗者更加專注游戲的內(nèi)容與體驗的過程，帶來更加沉浸的體驗。

通過總結(jié)AR教育游戲的體驗特點，了解游戲過程中的用戶心理、AR技術(shù)在教育游戲中優(yōu)勢的具體表現(xiàn)和教育游戲的體驗過程，以便更好地結(jié)合心流理論來解構(gòu)用戶的游戲體驗過程與感受，最終為AR教育游戲的設(shè)計提供策略指導(dǎo)。

二、心流理論下的AR教育游戲

美國心理學(xué)家Csikszentmihalyi最早提出了心流的概念，即個體全身心投入到某項活動時，獲得的一種深層沉浸體驗，該體驗伴隨著自我意識的喪失、感覺不到時間流逝、單純地享受活動帶來的樂趣[4]。心流理論研究的發(fā)展可以大致分為3個階段：最初的心流模型——修正后的心流模型——最終的心流模型。最終的心流模型根據(jù)各種不同的挑戰(zhàn)感和技能水平高低分出了8個區(qū)，分別是：心流、控制、放松、無聊、冷漠、憂慮、焦慮和激勵。心流理論強調(diào)，只有游戲任務(wù)難度與玩家的技能達(dá)到平衡時，心流體驗才會發(fā)生。經(jīng)過進(jìn)一步的研究和整理，最終歸納出了心流體驗的9個要素：清晰的目標(biāo)、及時的反饋、挑戰(zhàn)與技能的平衡、行為與意識的融合、意識中排除干擾、無懼失敗、自我意識的消失、忽略時間的流逝和專注于活動本身價值[5]。

當(dāng)AR教育游戲的體驗者在游戲過程中達(dá)到心流狀態(tài)，可以帶來良好的學(xué)習(xí)效果與產(chǎn)生積極影響。在游戲的核心機制和關(guān)卡設(shè)計方面設(shè)定具體的學(xué)習(xí)目標(biāo)和任務(wù)，使學(xué)習(xí)者能夠通過主動探索和被動引導(dǎo)相結(jié)合的方式順利完成AR游戲的初步目標(biāo)，可以使學(xué)習(xí)者獲得心流的感受；在接下來的游戲過程中，利用AR技術(shù)手段為學(xué)習(xí)者創(chuàng)建富有趣味的游戲空間，結(jié)合科學(xué)合理的游戲的難度，幫助學(xué)習(xí)者達(dá)到技巧與能力的有效平衡，可以更長時間地維持在心流通道之間，對游戲體驗者產(chǎn)生積極的影響。當(dāng)游戲的難度與體驗者的能力不相匹配的時候，用戶常常伴隨著沮喪和焦慮情緒，心流體驗便被破壞。對于AR教育游戲的設(shè)計來說，當(dāng)游戲的場景不夠真實、虛實融合不夠緊密、AR相關(guān)交互不夠流暢的時候，往往也會給體驗者負(fù)面的感受，不能夠?qū)Ｗ⒊两谟螒虻倪^程中，因此打破心流的狀態(tài)。目前，市場出現(xiàn)的AR教育游戲普遍存在同質(zhì)化嚴(yán)重、虛實融合不佳、交互簡單生硬等缺陷，從用戶體驗的角度來看對于心流達(dá)成具有較大的負(fù)面影響。

因此，本文以AR教育游戲的體驗特點為前提，以心流理論為理論基礎(chǔ)構(gòu)建游戲的心流體驗?zāi)Ｐ停员氵M(jìn)一步梳理AR教育游戲的相關(guān)設(shè)計原則，使游戲能夠充分利用其體驗特點為用戶帶來較高的可玩性與可學(xué)習(xí)性，并為AR教育游戲的設(shè)計實踐提供一定的理論參考。

三、AR教育游戲的心流體驗?zāi)Ｐ蜆?gòu)建

結(jié)合心流理論的模型及體驗要素，文章把AR教育游戲的心流體驗?zāi)Ｐ徒鈽?gòu)為3個過程：創(chuàng)建心流環(huán)境、達(dá)成持續(xù)心流、強化心流結(jié)果。

（一）創(chuàng)建心流環(huán)境

針對游戲設(shè)計的技術(shù)、美學(xué)、故事和機制4個維度展開，結(jié)合了技術(shù)特點、教育目標(biāo)和用戶特征創(chuàng)建了心流環(huán)境所需要的相關(guān)要素。針對AR技術(shù)下的教育游戲場景真實性、交互趣味性和體驗沉浸性三大體驗特點，從視覺、聽覺與觸覺多種感官感受上為體驗者構(gòu)建適宜的游戲場景，并提取符合學(xué)習(xí)者認(rèn)知水平的學(xué)習(xí)目標(biāo)任務(wù)結(jié)合技術(shù)手段設(shè)計合理的游戲內(nèi)容與交互方式，在視覺表現(xiàn)上針對特定教育人群的喜好與特定需求制定合適的風(fēng)格。

（二）達(dá)成持續(xù)心流

游戲的設(shè)計者應(yīng)該盡力使體驗者能保持在心流的通道當(dāng)中，達(dá)成持續(xù)的心流才利于保證游戲的學(xué)習(xí)效果。在游戲的策劃過程中，入門關(guān)卡應(yīng)該讓體驗者明確學(xué)習(xí)的目標(biāo)是什么，AR的操作方式是什么以及設(shè)定對玩家友好的過關(guān)機會。幫助體驗者在能力與技巧達(dá)到平衡后第一次達(dá)到心流狀態(tài)。之后在游戲過程中吸引玩家學(xué)習(xí)更復(fù)雜的內(nèi)容，體驗難度更高的關(guān)卡，這個過程需要將難度進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整以滿足玩家不斷加強的能力和日益熟練的技巧，并且提升游戲中的美感來鼓勵玩家繼續(xù)深入。體驗過程中游戲?qū)W習(xí)的目標(biāo)、玩家技巧的熟練、本身能力的提升以及美感的支持下為達(dá)成持續(xù)心流提供了強有力的保障。

（三）強化心流結(jié)果

在心流狀態(tài)下，AR教育游戲的使用者會體驗到使用AR技術(shù)在游戲過程中的樂趣，集中注意力專注于游戲的內(nèi)容，忽略外界的變化甚至忘記時間的流逝。心流的狀態(tài)可能短暫持續(xù)幾秒后被打破，也可能會持續(xù)較長時間。教育游戲最終的結(jié)果是沉浸在AR的世界中并習(xí)得特定的教學(xué)內(nèi)容，使體驗者能通過更有趣的方式在游戲中輕松達(dá)到學(xué)習(xí)效果，心流之下教育的效率也隨之達(dá)到最高。體驗者會激發(fā)自主的創(chuàng)造力與探索欲，在體驗的過程中主動地探索新的知識與內(nèi)容，從被動接受轉(zhuǎn)為主動尋求。在游戲的過程中利用AR的技術(shù)手段更加清晰可視地理解不同的學(xué)習(xí)內(nèi)容，進(jìn)一步加強沉浸的體驗感受。

四、AR教育游戲的心流體驗設(shè)計策略

構(gòu)建AR教育游戲的心流體驗?zāi)Ｐ褪且杂脩魧?dǎo)向分析了用戶在游戲體驗前、體驗中和體驗后的感受與學(xué)習(xí)效果。對于設(shè)計師來說，構(gòu)建相應(yīng)的心流體驗策略對于開發(fā)增強現(xiàn)實技術(shù)下的教育游戲可提供理論參考并保障AR技術(shù)的最大化利用，為教育游戲的實際效果提供理論依據(jù)。因此文章從教育游戲的用戶需求出發(fā)，結(jié)合AR教育游戲的技術(shù)與體驗特點，構(gòu)建心流體驗的游戲相關(guān)環(huán)境，為了有效幫助體驗者獲得持續(xù)的心流體驗，達(dá)到良好的學(xué)習(xí)效果，特別提出了如下幾點設(shè)計原則：

（一）清晰的游戲目標(biāo)

當(dāng)人在進(jìn)行某項任務(wù)達(dá)到心流狀態(tài)時，就會完全聚焦于該任務(wù)的目標(biāo)，以及操作過程中的反饋，而對周圍不相關(guān)的信息“視而不見”。因此，產(chǎn)品提供清晰的目標(biāo)是保證用戶進(jìn)入心流狀態(tài)的必要前提之一[6]。針對不同游戲用戶群體的設(shè)計首先要有清晰明確的設(shè)計目標(biāo)，如歷史文化的傳播、科普內(nèi)容、專業(yè)教育培訓(xùn)等。在游戲設(shè)計的機制、關(guān)卡及交互元素的設(shè)計中都應(yīng)該強化當(dāng)前體驗的最終目標(biāo)與相應(yīng)子目標(biāo)。游戲機制的關(guān)卡設(shè)計中每一個挑戰(zhàn)都應(yīng)明確指出挑戰(zhàn)目的，并利用可視化的表達(dá)方式清晰地傳遞給體驗者。具有清晰的目標(biāo)，便于體驗者能夠在整個過程中實時掌握自己的任務(wù)與規(guī)則。

（二）合適的交互反饋

在AR教育游戲設(shè)計當(dāng)中，完成每一個子目標(biāo)的過程中都應(yīng)該有及時且合適的交互反饋。特別是針對AR的操作動作，如轉(zhuǎn)動、縮放等虛實融合的部分，應(yīng)該每一步操作都能讓用戶明白做什么，是否正確、正確的應(yīng)該怎么做，避免體驗過程中迷失的情況。并且，在游戲的視覺效果、UI的設(shè)計中應(yīng)該讓體驗者實時知道自己在哪里，做什么以及進(jìn)行到何種程度，充分讓體驗者有掌握游戲的感覺。此外，在每個目標(biāo)完成時都應(yīng)該給予豐厚的獎勵，及時讓體驗者感受到完成任務(wù)的樂趣與即時收獲。

（三）技能與挑戰(zhàn)的平衡

兩者的平衡離不開目標(biāo)用戶的游戲測試，因此對目標(biāo)用戶群體的認(rèn)知與技能水平的了解程度直接決定了平衡能否達(dá)成。從游戲初始的體驗引導(dǎo)到游戲體驗者能力的逐步增長和技巧的不斷嫻熟過程中，游戲設(shè)計必須對其能力范圍有清楚的認(rèn)知，并設(shè)置合理的難度等級以求得平衡。一旦玩家體驗過程中感覺多次無法達(dá)成任務(wù)，會產(chǎn)生沮喪的情緒進(jìn)而退出游戲的嘗試；同時玩家體驗過程中太輕易達(dá)成任務(wù)，也會產(chǎn)生無聊的感覺而認(rèn)為游戲失去了挑戰(zhàn)的樂趣。

（四）專注游戲的學(xué)習(xí)內(nèi)容

AR教育游戲的設(shè)計過程中設(shè)計者應(yīng)通過技術(shù)優(yōu)勢為體驗者創(chuàng)建更加真實與沉浸的環(huán)境，并通過游戲相關(guān)設(shè)計手段幫助玩家充滿興趣地進(jìn)行體驗，期望玩家能在體驗過程中專注游戲的內(nèi)容，全神貫注地游玩與體會游戲內(nèi)在樂趣。如歷史文化教育游戲的設(shè)計可以采用AR的技術(shù)手段幫助玩家“穿越”到歷史環(huán)境中，并在歷史環(huán)境下通過目標(biāo)任務(wù)的設(shè)計來幫助玩家體驗相應(yīng)歷史知識，體會到穿越時空的奇妙體驗，并專注地探索相關(guān)游戲的內(nèi)容。

（五）沉浸虛實融合世界中

由于AR教育游戲獨特的體驗特點能幫助玩家在游戲過程中體會到增強真實世界的效果，因此在游戲的設(shè)計中要讓玩家熟悉并且融入增強的世界中，而非感到不適應(yīng)。只有理解并掌握在增強現(xiàn)實中的操作技能以及體驗到與AR游戲相關(guān)的獨特感受之后，才能真正沉浸在虛實融合的世界中，達(dá)到心流的感受。例如歷史文化教育的AR游戲可以通過“穿越”手法來將真實人物與虛擬空間進(jìn)行融合，更沉浸地講述歷史故事，傳播相應(yīng)的歷史文化，以獨特的視角將體驗者帶入沉浸的世界中去。

五、心流理論下AR教育游戲的設(shè)計實踐

結(jié)合前文提出的心流體驗設(shè)計策略，本文進(jìn)行了相應(yīng)的設(shè)計實踐，最終設(shè)計了一款針對兒童古詩詞學(xué)習(xí)的AR教育游戲《游詩界》。

（一）設(shè)計說明

本次實踐是以繪本+App相結(jié)合的形式來設(shè)計教育游戲。首先，繪本中繪制了特定的圖片與古詩詞的學(xué)習(xí)內(nèi)容，使用兒童喜歡的豐富亮麗的色彩能夠引起學(xué)齡前兒童的興趣，在視覺上滿足了特定群體的需求。其次，App應(yīng)用可以兒童單獨使用，也可以通過家長陪伴兒童一起學(xué)習(xí)，具體步驟是使用手機App掃描特定的繪本圖案，出現(xiàn)特定的虛擬模型，并可以解鎖對應(yīng)的游戲互動內(nèi)容。設(shè)計開發(fā)過程中首先確定游戲的主要教學(xué)內(nèi)容并繪制繪本，其次制作AR交互部分，其中先通過建立模型與并渲染后導(dǎo)入unity 3D游戲開發(fā)平臺，在平臺中了利用Playmaker可視化編程插件來實現(xiàn)具體的交互內(nèi)容。AR實現(xiàn)是通過圖片識別的方式掃描特定的繪本圖案觸發(fā)，結(jié)合不同的詩詞特定情節(jié)進(jìn)行游戲內(nèi)容設(shè)計，使每一次交互都能創(chuàng)建獨特的游戲體驗，有助于兒童在游玩過程中學(xué)習(xí)古詩詞知識，進(jìn)一步理解詩詞文化意境并獲得沉浸的體驗，幫助用戶留下更加深刻的記憶。

（二）游戲內(nèi)容展示

古詩詞教育游戲以唐詩中的《詠鵝》作為設(shè)計案例介紹教育游戲的過程。首先兒童通過閱讀繪本讀到詠鵝這首詩，拿起手機利用掃描圖片功能識別特定的圖案（如圖3）。識別成功后可以解鎖相應(yīng)的3D部分，在App端出現(xiàn)紙面上方鵝在水中戲水的立體場景（如圖4）。整體的虛擬場景模型包含了流動的湖水、三兩結(jié)對游湖的天鵝、遠(yuǎn)處的草地樹木的田園場景，并配上漢語朗誦聲音和清雅的背景音樂。AR模型可以觸發(fā)3個部分的體驗：教學(xué)體驗——游戲闖關(guān)——解鎖彩蛋。

在教學(xué)體驗部分，通過語音講解古詩詞內(nèi)容含義的同時相應(yīng)動畫內(nèi)容隨著語音的介紹依次展示，使用者可以邊聽講解邊直觀地視覺感受到詩詞蘊含的美景。在這一部分中，使用者可以跟隨引導(dǎo)觸發(fā)交互動畫展示，如天鵝的“向天歌”“浮綠水”和“撥清波”3條內(nèi)容。兒童可以通過動作展示加強理解深度。

教學(xué)體驗部分結(jié)束后可以重復(fù)講解，也可以進(jìn)入下一部分：游戲闖關(guān)（如圖5）。在闖關(guān)當(dāng)中采用限時回答問題的方式，如將動畫與詩歌進(jìn)行一一匹配，回答正確可獲得積分獎勵并解鎖新的彩蛋體驗。彩蛋部分兒童可以發(fā)揮自己的自主創(chuàng)造力在湖水中隨意放入天鵝，并且可以自行設(shè)置天鵝的色彩與動作，為自己創(chuàng)造獨一無二的個性圖畫并保存（如圖6）。

從游戲設(shè)計的過程中，以視覺與聽覺為主要通道為AR體驗營造心流環(huán)境，3D模型中的鮮明的色彩與卡通風(fēng)格滿足兒童的視覺偏好需求，結(jié)合湖泊與田園背景音樂幫助用戶更真實地體驗虛擬環(huán)境。在游戲的講解部分以聽覺為主，結(jié)合畫面的交互指引，幫助使用者一邊主動探索，一邊輔助講解詩詞內(nèi)涵，在指引下通過交互動作和場景模型進(jìn)行深度互動，進(jìn)而達(dá)到心流體驗。在教學(xué)體驗結(jié)束后利用闖關(guān)測試來激發(fā)游戲體驗者的勝負(fù)欲并進(jìn)一步鞏固所學(xué)知識，每答對一題會給予豐富的獎勵，使心流體驗?zāi)軌蚋映掷m(xù)，另外，在全部答對后設(shè)置彩蛋環(huán)節(jié)，兒童可以發(fā)揮自己的想象力與詩歌所學(xué)創(chuàng)造個性化的3D立體場景圖畫并保存下來，這個過程是自由且充滿創(chuàng)造力的，通過學(xué)習(xí)知識自主進(jìn)行繪畫，進(jìn)一步強化心流的體驗過程。游戲當(dāng)中每一個古詩詞對應(yīng)的游戲內(nèi)容都具有清晰的游戲目標(biāo)，即了解詩詞的內(nèi)容含義并體會詩詞意境；游戲交互講解的過程中設(shè)置了相應(yīng)的交互內(nèi)容并有及時反饋，個性化DIY過程中體驗者可以專注游戲的互動并發(fā)揮想象力，幫助體會詩詞內(nèi)涵；闖關(guān)測試中的題目難度合理，測試內(nèi)容的難度與兒童的認(rèn)知水平能夠相匹配；圖片掃描的方式將真實的繪本與虛擬模型結(jié)合在一起，宛如書中走出了虛擬世界，將虛實畫面有效結(jié)合在一起，同時學(xué)習(xí)過程中還可以通過書本幫助回憶學(xué)習(xí)內(nèi)容。

結(jié)語

本文是從用戶體驗視角出發(fā)，總結(jié)了AR教育游戲的體驗特點，并基于心流理論分析了AR教育游戲的心流體驗過程。對于AR教育游戲的心流體驗結(jié)構(gòu)了其步驟，并為設(shè)計師在游戲設(shè)計開發(fā)時提供了相應(yīng)的設(shè)計原則指導(dǎo)。最終，在理論的指導(dǎo)之下進(jìn)行了兒童古詩詞AR教育游戲《游詩界》的設(shè)計構(gòu)想與開發(fā)。通過理論指導(dǎo)設(shè)計實踐進(jìn)一步證實了理論的可行性，并期待在以用戶為中心設(shè)計AR教育游戲時能夠更好地保持長時間的心流狀態(tài)，促進(jìn)兒童古詩詞學(xué)習(xí)的體驗效果，以游戲娛樂促進(jìn)教育，取得嚴(yán)肅游戲教育性與娛樂性的有機平衡。

基金項目：江蘇大學(xué)第20批科研資助項目《基于AR增強現(xiàn)實技術(shù)的兒童古詩詞文化教育游戲設(shè)計研究》。

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