The HDRI Handbook 2.0 Due to the competitive price of the book, all electronic versions of the book do NOT include the DVD to the book. If you are interested in the DVD, please purchase the hard copy. Christian Bloch The HDRI Handbook 2.0 High Dynamic Range Imaging for Photographers and CG Artists Christian Bloch, www.hdrlabs.com Publisher: Gerhard Rossbach Editor: Jocelyn Howell Copyeditor: Judy Flynn Project Manager: Matthias Rossmanith Layout: Petra Strauch Cover Design: Helmut Kraus, www.exclam.de Cover Photos: Christian Bloch Printer: Everbest Printing Co. Ltd through Four Colour Print Group, Louisville, Kentucky Printed in China ISBN 978-1-937538-16-3 1st Edition 2012 © 2012 Christian Bloch Rocky Nook, Inc. 802 E. Cota Street, 3rd Floor Santa Barbara, CA 93103 www.rockynook.com Library of Congress Cataloging-in-Publication Data Bloch, Christian, 1976- [HDRI handbook] The HDRI handbook 2.0 : high dynamic range imaging for photographers and CG artists / by Christian Bloch. -- 1st edition. pages cm Rev. ed. of: The HDRI handbook / Christian Bloch. 2007. ISBN 978-1-937538-16-3 (soft cover : alk. paper) 1. Photography--Digital techniques--Handbooks, manuals, etc. 2. Image processing--Digital techniques--Handbooks, manuals, etc. 3. High dynamic range imaging- -Handbooks, manuals, etc. I. Title. TR267.B587 2012 777--dc23 2012031746 Distributed by O‘Reilly Media 1005 Gravenstein Highway North Sebastopol, CA 95472 All product names and services identified throughout this book are trademarks or registered trademarks of their respective companies. They are used throughout this book in editorial fashion only. No such uses, or the use of any trade name, are intended to convey endorsement or other affiliation with the book. No part of the material protected by this copyright notice may be reproduced or utilized in any form, electronic or mechanical, including photocopying, recording, or by any information storage and retrieval system, without written permission of the copyright owner. While reasonable care has been exercised in the preparation of this book, the publisher and authors assume no responsibility for errors or omissions, or for damages resulting from the use of the information contained herein. All photographs, screenshots, example layouts, and illustrations by the author. This book is printed on acid-free paper. Table of Contents Foreword . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 Chapter 1: The Background Story. . . . . . . . . . . . . . . 15 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 1.1 Basic Questions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16 What you can expect from this book . . . . . . . . . . . . 4 1.1.1 What is dynamic range? . . . . . . . . . . . . . . . . . 16 What’s new in this second edition? . . . . . . . . . . . . . 4 1.1.2 What was an exposure value again? . . . . . 16 A Brief History of HDR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 1.1.3 How can we use EVs to measure What HDR Means Today. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 the dynamic range? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 Road Map . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 1.1.4 Isn’t dynamic range an audio unit? . . . . . . 19 1.1.5 Ah… bit depth! So 32-bit images are HDR images, right? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 1.1.6 Tell me then, what is HDRI? . . . . . . . . . . . . . 21 1.2 How We See the World . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 1.2.1 Adaptation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 1.2.2 Nonlinear response . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 1.2.3 Local adaptation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 1.3 How Lifelike Is Film Photography? . . . . . . 24 1.3.1 The chemistry that makes it work . . . . . . . 24 1.3.2 Where the chemistry is flawed . . . . . . . . . . 25 1.3.3 How about analog postprocessing? . . . . . . 26 1.3.4 What’s wrong with digital? . . . . . . . . . . . . . 26 1.4 Traditional Digital Images . . . . . . . . . . . . . . 27 1.4.1 Let’s talk about bits. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27 1.4.2 Great, that’s math 101. But how about images? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28 1.4.3 Born to be seen through gamma goggles 28 1.4.4 Limitations of this output-referring standard . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30 1.4.5 More bits . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32 1.4.6 Nondestructive editing . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32 1.5 Splitting the Bit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33 1.5.1 Seeing is believing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34 1.5.2 Rethinking color management . . . . . . . . . . 35 1.5.3 So, HDR workflow is better than RAW workflow? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37 1.5.4 But what is the immediate advantage? . . 38 1.6 Output Media . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40 1.6.1 The death of the cathode ray tube . . . . . . . 40 1.6.2 The chicken-and-egg problem . . . . . . . . . . . 41 1.6.3 On into a bright future . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42 1.7 Chapter 1 Quiz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43 1.8 Spotlight: Trey Ratcliff . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45 Table of Contents v Chapter 2: New Tools . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51 2.4 HDR Software Comparison . . . . . . . . . . . . . . 105 2.4.1 Bottom line . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105 2.1 HDR File Format Reviews . . . . . . . . . . . . . . . 52 2.1.1 RAW Formats . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52 2.5 Forgotten Something? . . . . . . . . . . . . . . . . . . 108 2.1.2 Cineon and DPX . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54 2.1.3 Portable Float Map . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56 2.6 Compositing Software . . . . . . . . . . . . . . . . . . 110 2.1.4 Floating-Point TIFF . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56 2.6.1 After Effects . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 110 2.1.5 Radiance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58 2.6.2 Fusion. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 110 2.1.6 TIFF LogLuv . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60 2.6.3 Composite . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 110 2.1.7 OpenEXR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62 2.6.4 Nuke . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111 2.1.8 High Dynamic Range JPEG . . . . . . . . . . . . . . 65 2.1.9 Windows JPEG-XR/HD Photo . . . . . . . . . . . 69 2.7 HDR Plug-Ins . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112 2.1.10 Private Formats . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70 2.7.1 ProEXR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112 2.7.2 OpenEXR Alpha plug-in . . . . . . . . . . . . . . . . . 112 2.2 HDR File Format Comparison . . . . . . . . . . . 71 2.7.3 Tonemapping Plug-Ins for Photoshop . . . 113 2.2.1 Size matters! . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72 2.7.4 Lightroom Plug-Ins . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114 2.2.2 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73 2.7.5 32 Float . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114 2.7.6 Magic Bullet PhotoLooks . . . . . . . . . . . . . . . . 114 2.3 HDR Software Reviews . . . . . . . . . . . . . . . . . 73 2.7.7 Filter Forge . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115 2.3.1 Mac OS X . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75 2.7.8 Atlas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115 2.3.2 FastPictureViewer Codec Pack . . . . . . . . . . 76 2.7.9 Ginger HDR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115 2.3.3 Adobe Bridge . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78 2.3.4 XnView . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79 2.8 iPhone Apps . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 116 2.3.5 Bracket . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79 2.3.6 Photosphere . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80 2.9 Chapter 2 Quiz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 119 2.3.7 HDR Shop . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82 2.3.8 Picturenaut . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83 2.10 Spotlight: Luke Kaven . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 120 2.3.9 Photomatix Pro . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85 2.3.10 FDRTools Advanced . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87 2.3.11 Hydra Pro . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88 2.3.12 HDR Expose . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89 2.3.13 HDR Express . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91 2.3.14 Dynamic Photo HDR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92 2.3.15 PhotoEngine . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94 2.3.16 SNS-HDR Pro . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95 2.3.17 HDR Photo Pro . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96 2.3.18 HDR Efex Pro . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98 2.3.19 Fhotoroom HDR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100 2.3.20 CinePaint/GIMP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102 2.3.21 Photoshop CS5 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103 vi Table of Contents Chapter 3: Capturing HDR Images. . . . . . . . . . . . . . 127 3.2.8 Inspection Time . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 206 3.2.9 Pseudo HDRI from a Single RAW File . . . . 210 3.1 Digital Imaging Sensors . . . . . . . . . . . . . . . . 128 3.2.10 Batch Me Up! . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 214 3.1.1 The Problem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128 3.1.2 CCDs and Orange Trees . . . . . . . . . . . . . . . . . . 129 3.3 Cleanup in Photoshop. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 216 3.1.3 CMOS Sensors Are Different . . . . . . . . . . . . . 130 3.3.1 Dust and Object Removal . . . . . . . . . . . . . . . . 217 3.1.4 Backside Illumination . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131 3.3.2 Perspective Correction and Cropping . . . . 219 3.1.5 High Gain – Low Gain . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132 3.3.3 Perfect White Balance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 221 3.1.6 Digital Pixel Sensor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133 3.1.7 Spatially Varying Exposure . . . . . . . . . . . . . . 135 3.4 Chapter 3 Quiz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 229 3.1.8 Super CCD . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 136 3.1.9 Beamsplitter and Dedicated Optics . . . . . . 138 3.5 Spotlight: Michael James . . . . . . . . . . . . . . . 230 3.1.10 Quo Vadis? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 141 3.2 Bracketing and Merging HDRIs . . . . . . . . . 142 3.2.1 Exposure Bracketing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 142 A word on analog . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 142 What is in your backpack? . . . . . . . . . . . . . . . 143 Camera settings . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 144 Shooting brackets . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 145 Double-check the histogram! . . . . . . . . . . . . 146 So, how many exposures does it really take? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 146 Ghosts and other fundamental issues . . . 148 3.2.2 Faster, Further, Automatic! . . . . . . . . . . . . . . 149 Shooting with autobracketing . . . . . . . . . . . 150 Bracketing order . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 151 JPEG or RAW? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 152 The double-burst trick . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 154 Handheld capture . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 155 Tripod capture . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 157 Don’t touch this . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 158 Tethered shooting . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160 External Bracketing Controllers . . . . . . . . . 162 Hacking your camera . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 165 Bracketing comparison . . . . . . . . . . . . . . . . . . 166 3.2.3 Calibrating Your Camera . . . . . . . . . . . . . . . . 168 3.2.4 Pre-processing RAW Files . . . . . . . . . . . . . . . . 173 3.2.5 Merging to HDRI . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 185 3.2.6 Alignment Strategies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 191 3.2.7 Ghostbusters! . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 198 Photoshop’s guided ghost removal . . . . . . 200 Photomatix’s selective ghost removal . . . 202 Optical Flow. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 205 Table of Contents vii Chapter 4: Tonemapping . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 237 Chapter 5: HDR Image Processing . . . . . . . . . . . . . . 371 4.1 Hello Operator? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 238 5.1 Taking Advantage of the Full Dynamic 4.1.1 Global Operators . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 239 Range . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 372 4.1.2 Local Operators. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 247 5.1.1 Day for Night by Blocking Light . . . . . . . . . 372 5.1.2 Understanding the Color Picker . . . . . . . . . 378 4.2 The Art of Toning . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 256 5.1.3 Painting with Light . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 380 4.2.1 Disciplines and Objectives . . . . . . . . . . . . . . . 257 5.1.4 Color Grading with Levels . . . . . . . . . . . . . . . 383 4.3 Best Practice Tips . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 263 5.2 Effect Filters the More Effective Way . . . . 388 4.3.1 Seven Aesthetic Considerations . . . . . . . . . 263 5.2.1 Motion Blur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 388 4.3.2 Systematic Approach with Zones . . . . . . . . 269 5.2.2 Glow and Bleeding . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 391 4.3.3 Beware of Common Artifacts . . . . . . . . . . . . 272 5.2.3 Vignetting . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 395 5.2.4 Film Looks. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 403 4.4 Workflow Examples. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 276 4.4.1 Monumental Landscape . . . . . . . . . . . . . . . . . 277 5.3 Common Gotchas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 412 4.4.2 Rear Window of Room 822 . . . . . . . . . . . . . . 293 5.3.1 Will It Blend? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 412 4.4.3 Urban Exploration and Grunge Looks . . . . 303 5.3.2 Beware the Curve Inversion! . . . . . . . . . . . . 413 Part A: Tonemapping in HDR Efex Pro . . . 304 5.3.3 Eighteen Percent Gray . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 415 Part B: Finishing in Photoshop . . . . . . . . . . 312 5.3.4 Safe and Unsafe Resampling Filters . . . . . 421 Texture Blending . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 315 5.3.5 Don’t Be So Negative! . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 422 4.4.4 Two Steps Forward, One Step Back . . . . . . 316 Double dipping with Picturenaut and 5.4 Chapter 5 Quiz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 427 Photomatix . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 318 Mixing it up at the Yamashiro . . . . . . . . . . . 325 5.5 Spotlight: Kirt Witte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 428 4.4.5 Manual Dodge-and-Burn Techniques . . . . 328 Selective exposure adjustments in Photoshop . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 329 Hard and soft exposure masks . . . . . . . . . . 332 Magic tricks with luminance masks . . . . . 336 4.4.6 Painterly and Stylized Looks . . . . . . . . . . . . . 344 4.4.7 Toning 360 Panoramas . . . . . . . . . . . . . . . . . . 357 4.5 Chapter 4 Quiz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 363 4.6 Spotlight: AntoXIII . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 364 viii Table of Contents Chapter 6: Panoramic HDR Images . . . . . . . . . . . . . 435 Chapter 7: Image-Based Lighting . . . . . . . . . . . . . . . 545 6.1 Pano Lingo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 436 7.1 Principles of CGI . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 545 6.1.1 Field of View . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 436 7.1.1 Traditional Rendering . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 546 6.1.2 Image Projections . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 436 7.1.2 Physically Based Rendering . . . . . . . . . . . . . 550 6.1.3 Yaw, Pitch, and Roll . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 442 7.1.3 Rendering with Natural Light . . . . . . . . . . . 553 6.2 One-Shot Cameras . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 443 7.2 Brute Force Simulation: A Feasibility Study . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 555 6.3 Mirror Ball Technique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 446 6.3.1 Looking into a Mirror . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 446 7.3 Advanced Setup Techniques . . . . . . . . . . . . 560 6.3.2 The Shoot . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 450 7.3.1 Keeping It Straight . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 560 6.3.3 Putting the Panorama Together . . . . . . . . . 451 7.3.2 Compositing Is Your Friend . . . . . . . . . . . . . . 567 7.3.3 Sample Wisely: Split the Light! . . . . . . . . . . 572 6.4 Segmental Capture . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 460 7.3.4 Smart IBL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 584 6.4.1 Basic Premises . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 460 6.4.2 Getting the Right Gear . . . . . . . . . . . . . . . . . . 461 7.4 Need More Space? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 596 6.4.3 Finding the Nodal Point . . . . . . . . . . . . . . . . . 469 7.4.1 HDR Video Light Probes . . . . . . . . . . . . . . . . . 596 6.4.4 Planning for the Right Angles . . . . . . . . . . . 471 7.4.2 Blend Multiple HDR Panos . . . . . . . . . . . . . . 600 6.4.5 The Shoot . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 474 7.4.3 Reconstruct the Set in 3D . . . . . . . . . . . . . . . . 602 6.4.6 Putting It All Together . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 480 6.4.7 Direct HDR Stitching with PTGui Pro . . . . 483 7.5 Light Rigs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 616 6.4.8 Removing the Tripod . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 490 7.5.1 Extracting Lights . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 616 6.4.9 Hybrid Stitching Workflow . . . . . . . . . . . . . . 496 7.5.2 HDR Cookies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 622 6.4.10 Big, Bigger, Giga . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 507 7.5.3 HDR Cards . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 626 6.5 Skydomes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 511 7.6 Painting and Remixing HDRIs . . . . . . . . . . 631 6.6 Comparison . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 517 7.7 Chapter 7 Quiz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 633 6.7 Panoramas and Visual Effects . . . . . . . . . . 518 7.8 Spotlight: Paul Debevec . . . . . . . . . . . . . . . . . 634 6.7.1 New Opportunities . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 518 6.7.2 Set Etiquette . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 520 6.7.3 Virtual Camera Pans . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 523 6.7.4 Pano Reprojection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 534 6.8 Chapter 6 Quiz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 537 6.9 Spotlight: Greg Downing & Eric Hanson 538 Table of Contents ix
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