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Direct2D

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목차

1. 개요

Direct2D는 마이크로소프트에서 개발한 2D 그래픽 API로, COM 기반의 C++ 인터페이스를 제공한다. Direct3D와의 상호 운용성을 통해 하드웨어 가속을 지원하며, GDI 및 GDI+와의 호환성도 갖추고 있다. Windows 8부터 XAML을 사용한 GUI 그리기에 활용되었으며, 이후 버전에서 기능이 지속적으로 개선되었다. Direct2D는 Direct3D 10.1/11.x 기반으로, 지원되는 운영체제 버전에 따라 사용할 수 있는 기능이 제한된다. 인터넷 익스플로러, 파이어폭스 등 다양한 응용 프로그램에서 렌더링 엔진으로 사용되며, Windows 7 SP1 이상에서 사용 가능하다.

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Direct2D
개요
Direct2D 로고
Direct2D 로고
종류벡터 그래픽 API
개발사마이크로소프트
최초 출시2009년
최신 버전Windows 10용 Direct2D 및 DirectWrite (2015년)
운영체제윈도우 비스타 (플랫폼 업데이트 필요), 윈도우 7, 윈도우 8, 윈도우 10, 윈도우 11, 윈도우 서버 2008 (플랫폼 업데이트 필요) 이상
언어C++
상세 정보
Direct2DDirectX의 2D 그래픽 API
특징하드웨어 가속을 통한 고성능 2D 그래픽 렌더링 지원
DirectWrite텍스트 렌더링을 위한 DirectWrite API와 함께 사용
목적게임, 멀티미디어 애플리케이션, 사용자 인터페이스 등 다양한 분야에서 고품질 2D 그래픽 제공

2. 특징

Direct2D는 다음과 같은 특징을 갖는다.


  • 기본 COM API이다. 즉, C++용 인터페이스가 우선적으로 제공된다.
  • Direct2D 1.0은 Direct3D 10.1 기반, Direct2D 1.1은 Direct3D 11.1 기반, Direct2D 1.2는 Direct3D 11.2 기반으로 구축되어 있으며, 이들과의 상호 운용성(DXGI와의 상호 운용성)이 보장된다. Direct3D 텍스처에 대한 그리기도 가능하다.
  • GDI 및 GDI+와의 상호 운용성도 확보되어 있으며, Direct2D 렌더링 타겟에서 HDC(Handle to a Device Context, 디바이스 컨텍스트)를 가져와 GDI/GDI+로 그리거나[35], 반대로 HDC를 Direct2D의 그리기 대상으로 사용할 수 있다.[36]
  • 하드웨어(그래픽 카드)가 Direct3D 9 이상을 지원하면 하드웨어 가속이 수행된다(사용 불가능한 경우 소프트웨어로 그리는 폴백 솔루션이 제공됨)[37].
  • 디바이스 독립적이며 높은 DPI 환경도 지원한다.[38]
  • 텍스트(문자열) 그리기는 GDI/GDI+와의 상호 운용을 수행하거나 DirectWrite와 연동해야 한다.
  • 브러시나 패스와 같은 요소는 GDI+ API를 거의 커버하며, WPF와도 유사성이 있지만, 유지(retained) 모드가 아닌 직접(immediate) 모드의 고속 그리기 용도로 최적화되어 있다.[39]
  • Windows 8/RT에서는 Windows 스토어 앱에서 XAML을 사용한 GUI 그리기에 Direct2D 1.1을 사용한 직접 그리기를 합성할 수 있다.
  • Direct2D 1.1에서는 그리기 내용을 프린터 디바이스로 출력하여 인쇄할 수도 있다.
  • Windows 8.1의 Direct2D/DirectWrite에서는 컬러 글꼴(컬러 이모지) 그리기를 지원하며,[40] Windows 10 Anniversary Update에서는 지원이 더욱 개선되었다.[41][42] Windows 10 Creators Update에서는 SVG 렌더링 등의 지원이 추가되었다.[43]

2. 1. 기술적 특징

Direct2D는 C++ 기반의 네이티브 코드 API이며, COM(구성 요소 개체 모델) 방식의 "경량화된" 접근 방식을 사용한다.[5] Direct3D와 마찬가지로 추상화 수준이 최소화되어 있다. Direct2D는 "즉시 모드(immediate mode)" 렌더링 API로, "장면(scene)" 개념이 없고 유지되는 트리 구조를 사용하지 않으며, 렌더링 상태는 드로잉 호출 간에 유지된다.

Direct2D는 CPU 사용량을 최소화하고, WDDM 1.1(Windows Display Driver Model 1.1) 드라이버를 사용하는 Direct3D 기능 수준 9 이상을 지원하는 그래픽 카드에서 하드웨어 렌더링을 활용할 수 있다. 응용 프로그램은 CPU를 독점적으로 사용하거나, 하드웨어 기능을 사용할 수 없는 경우 WARP10(Windows Advanced Rasterization Platform)을 사용하여 소프트웨어 렌더링을 사용할 수 있다. Direct2D의 성능과 메모리 사용량은 소프트웨어와 하드웨어 모두에서 기본 요소 수에 따라 선형적으로 증가한다.

Direct2D는 다음과 같은 주요 기능을 통해 고품질 렌더링을 지원한다.[6][7]

  • 회색조 및 클리어타입 기술 모두에 대한 DirectWrite를 통한 고품질 서브픽셀 텍스트 렌더링
  • 기본 요소별 공간적 안티앨리어싱
  • 베지어 곡선 기하 도형 그리기 및 채우기
  • 풍부한 기하학 연산 (예: CAD의 부울 연산, 경로 확장, 윤곽선 등)
  • 복합 레이어
  • 기본 블렌드 모드 (예: 소스 오버, 소스 복사, 최소 블렌드 등)
  • 사진 조정, 그래픽 및 색상 변환을 위한 이미지 내장 및 사용자 지정 효과
  • 그래디언트 브러시 및 메시
  • 명령 버퍼링 및 인쇄를 위한 명령 목록
  • 확장 가능한 잉크 선
  • 게임 개발을 위한 스프라이트 배치


Direct2D는 GDI, GDI+와 완벽하게 상호 운용되며, Direct3D 표면과 GDI/GDI+ 디바이스 컨텍스트(HDC) 간의 렌더링을 허용한다. Windows Imaging Component(WIC)와 함께 이미지 인코딩/디코딩을, DirectWrite와 함께 텍스트 서식 지정 및 글꼴 처리를 위해 효과적으로 사용할 수 있다. Windows 10 시대에, Microsoft는 UWP(유니버설 Windows 플랫폼) 응용 프로그램에서 Direct2D 및 DirectWrite의 사용을 더욱 간소화하기 위해 Win2D라는 오픈 소스 프로젝트를 개발했다. Win2D는 기본 그래픽 하위 시스템의 성능을 유지하면서 XAML 캔버스 컨트롤과 원활하게 통합되도록 설계된 Direct2D 및 DirectWrite의 고효율 WinRT(Windows Runtime) 래퍼이다.

Direct2D의 주요 특징은 다음과 같다.

특징설명
COM APIC++용 인터페이스가 우선적으로 제공된다.
Direct3D 기반Direct2D 1.0은 Direct3D 10.1, 1.1은 Direct3D 11.1, 1.2는 Direct3D 11.2 기반으로, DXGI와의 상호 운용성이 보장되며 Direct3D 텍스처에 그릴 수 있다.
GDI/GDI+ 상호 운용성Direct2D 렌더링 타겟에서 HDC(Handle to a Device Context)를 가져와 GDI/GDI+로 그리거나,[35] 반대로 HDC를 Direct2D의 그리기 대상으로 사용할 수 있다.[36]
하드웨어 가속그래픽 카드가 Direct3D 9 이상을 지원하면 하드웨어 가속이 수행된다. 불가능한 경우 소프트웨어 폴백 솔루션이 제공된다.[37]
디바이스 독립성높은 DPI 환경을 지원한다.[38]
텍스트 그리기GDI/GDI+와의 상호 운용 또는 DirectWrite와 연동해야 한다.
요소 및 최적화브러시나 패스와 같은 요소는 GDI+ API를 거의 커버하며, WPF와 유사하지만, 유지(retained) 모드가 아닌 직접(immediate) 모드의 고속 그리기에 최적화되어 있다.[39]
XAML 합성 (Windows 8/RT)Windows 스토어 앱에서 XAML을 사용한 GUI 그리기에 Direct2D 1.1을 사용한 직접 그리기를 합성할 수 있다.
인쇄Direct2D 1.1에서 그리기 내용을 프린터 디바이스로 출력하여 인쇄할 수 있다.



Windows 8.1의 Direct2D/DirectWrite에서는 컬러 글꼴(컬러 이모지) 그리기를 지원하며,[40] Windows 10 Anniversary Update에서는 지원이 더욱 개선되었다.[41][42] Windows 10 Creators Update에서는 SVG 렌더링 등의 지원이 추가되었다.[43]

2. 2. 버전별 특징

Direct2D는 2012년 10월 Windows 8과 함께 업데이트된 버전이 출시되었다.[8] 이 버전은 Windows 7 플랫폼 업데이트를 통해 Windows 7 SP1로 역이식되었지만(Windows Vista에는 아님),[9][10][11] 이전 버전이 DirectX 11에 종속되었던 것과 달리(하드웨어에서는 최대 Direct3D 10.1 사용), 이 버전은 DirectX 11.1과 통합되었다.[9] Windows 8은 또한 XAML과 Direct2D 및 Direct3D 구성 요소 간의 상호 운용성을 추가하여 애플리케이션에서 모두 혼합하여 사용할 수 있도록 했다.[12]

2013년 10월 Windows 8.1과 함께 Direct2D에 새로운 기능이 추가되었다.[13] 기하 도형 구현,[14] Direct2D 효과 API,[15][16][17] 명령 목록 API, 멀티스레딩 API, 디바이스별 렌더링 우선순위, 더 작은 메모리 사용량을 위한 JPEG YCbCr 이미지 지원 및 블록 압축 형식(DDS 파일) 지원 등이 추가되었다.

2015년 7월 Windows 10 출시와 함께 Direct2D는 폰트 래스터화 없이 확장 가능한 텍스트 렌더링 성능 향상, 폰트 설치 단계 없이 필요한 폰트를 클라우드에서 필요에 따라 다운로드하는 기능, 더 빠른 이미지 로딩 및 이미지 효과 렌더링 최적화, 그리고 그래디언트 패치로 구성된 2D 메시를 사용하여 그래디언트 브러시(그래디언트 브러시)를 적용하는 더욱 정교한 방법과 같은 중요한 업데이트와 새로운 기능을 제공했다. 이번 릴리스에서는 디지털 잉크를 지원하는 새로운 API 확장 기능도 도입되었는데, 이는 Microsoft Edge 브라우저와 잉크 캔버스 XAML 컨트롤에서도 광범위하게 활용되고 있다.

Direct2D는 다음과 같은 특징을 가지고 있다.

  • 기본 COM API이다. 즉, C++용 인터페이스가 우선적으로 제공된다.
  • Direct2D 1.0은 Direct3D 10.1 기반, Direct2D 1.1은 Direct3D 11.1 기반, Direct2D 1.2는 Direct3D 11.2 기반으로 구축되어 있으며, 이들과의 상호 운용성(DXGI와의 상호 운용성)이 보장된다. Direct3D 텍스처에 대한 그리기도 가능하다.
  • GDI 및 GDI+와의 상호 운용성도 확보되어 있으며, Direct2D 렌더링 타겟에서 HDC(Handle to a Device Context, 디바이스 컨텍스트)를 가져와 GDI/GDI+로 그리거나[35], 반대로 HDC를 Direct2D의 그리기 대상으로 사용할 수 있다.[36]
  • 하드웨어(그래픽 카드)가 Direct3D 9 이상을 지원하면 하드웨어 가속이 수행된다(사용 불가능한 경우 소프트웨어로 그리는 폴백 솔루션이 제공됨)[37].
  • 디바이스 독립적이며 높은 DPI 환경도 지원한다.[38]
  • 텍스트(문자열) 그리기는 앞서 설명한 GDI/GDI+와의 상호 운용을 수행하거나 DirectWrite와 연동해야 한다.
  • 브러시나 패스와 같은 요소는 GDI+ API를 거의 커버하며, WPF와도 유사성이 있지만, 유지(retained) 모드가 아닌 직접(immediate) 모드의 고속 그리기 용도로 최적화되어 있다.[39]
  • Windows 8/RT에서는 Windows 스토어 앱에서 XAML을 사용한 GUI 그리기에 Direct2D 1.1을 사용한 직접 그리기를 합성할 수 있다.
  • Direct2D 1.1에서는 그리기 내용을 프린터 디바이스로 출력하여 인쇄할 수도 있다.


Windows 8.1의 Direct2D/DirectWrite에서는 컬러 글꼴(컬러 이모지) 그리기를 지원하며,[40] Windows 10 Anniversary Update에서는 지원이 더욱 개선되었다.[41][42] Windows 10 Creators Update에서는 SVG 렌더링 등의 지원이 추가되었다.[43]

3. 구현

마크 킬가드(Mark Kilgard)와 제프 볼츠(Jeff Bolz)는 2012년 논문에서 Direct2D의 내부 동작을 설명하고 경쟁적인 NV 경로 렌더링 OpenGL 확장에 대해 비판했습니다. Direct2D는 CPU에서 경로를 변환하고 각 경로에 대해 제한된 사다리꼴 테셀레이션을 수행합니다. 그 결과 픽셀 공간 사다리꼴 집합과 사다리꼴의 왼쪽 및 오른쪽 가장자리의 분수적 덮개를 계산하기 위한 추가 음영 처리된 기하 도형이 생성됩니다. 이러한 사다리꼴과 음영 처리된 기하 도형은 GPU에 의해 래스터화됩니다. Direct2D는 적절히 안티앨리어싱된 결과를 사용하여 앨리어싱된 프레임버퍼에 직접 렌더링합니다. Direct2D의 주요 단점은 GPU가 아니라 CPU에 의해 성능이 결정된다는 것입니다.[18]

2012년 7월, Windows 8 팀은 스티븐 시노프스키(Steven Sinofsky)의 블로그에 글을 게시했습니다. Windows 8에서 기하 도형 렌더링 성능을 향상시키기 위해 테셀레이션과 관련된 CPU 비용을 줄이는 데 중점을 두었습니다. 직사각형, 선, 둥근 직사각형 및 타원과 같은 간단한 기하 도형을 렌더링할 때 테셀레이션 구현을 최적화했습니다.[19] 이러한 최적화는 원시 형태에 따라 184%~438%의 성능 향상을 제공한다고 주장했습니다. 또한, 불규칙한 기하 도형(예: 지도의 지리적 경계)을 렌더링할 때 성능을 향상시키기 위해 '대상 독립적 래스터화(TIR)'라는 새로운 그래픽 하드웨어 기능을 사용합니다. TIR을 통해 Direct2D는 테셀레이션에 사용하는 CPU 사이클을 줄일 수 있습니다. TIR은 DirectX 11.1을 지원하는 Windows 8용으로 설계된 새로운 GPU 하드웨어에서 사용할 수 있습니다.[19] 약 15개의 SVG를 사용한 벤치마크에서 151%~523%의 성능 향상을 주장했습니다. DirectX 11.1 하드웨어는 이미 시장에 출시되었으며, 더 많은 TIR 지원 제품을 제공하기 위해 노력하고 있다고 밝혔습니다.[19]

TIR 기능은 2012년 12월경 엔비디아(Nvidia)와 AMD 간의 논쟁을 일으켰습니다. 엔비디아의 Kepler GPU 제품군은 TIR을 지원하지 않는 반면 AMD의 GCN은 지원했기 때문입니다.[20] 엔비디아 지원 직원은 TIR을 드라이버 수준에서 구현할 수 없고 새로운 하드웨어가 필요하다고 게시했습니다.[21][22] 2014년 9월에 출시된 Maxwell 2 아키텍처가 그러한 하드웨어입니다.[23]

Windows 8.1에서 Direct2D는 Direct3D11 하드웨어 테셀레이터를 사용할 수 있지만, `D2D1_FILL_MODE_ALTERNATE`와 함께 사용하는 경우에만 가능합니다. 다른 채우기 모드를 사용하는 경우 Direct2D는 CPU에서 테셀레이션으로 되돌아가지만 여전히 안티앨리어싱에 TIR을 사용합니다(TIR을 사용할 수 있는 경우). Microsoft는 Windows 8.1에서 비 TIR 하드웨어에서 Direct2D의 성능이 크게 향상되었다고 주장했습니다.[24]

4. 응용 프로그램

인터넷 익스플로러는 9.0 버전 이후부터, Windows용 모질라 파이어폭스는 4.0 버전 이후부터 Direct2D를 사용하여 렌더링하여 표시 속도를 향상시키고 있다. 인터넷 익스플로러 9 이상 버전은 향상된 성능과 시각적 품질을 위해 Direct2D와 DirectWrite를 사용한다.[25][26][27] Direct2D 지원은 파이어폭스 3.7의 알파 버전에 추가되어 렌더링 속도가 거의 두 배로 향상되었다.[28] (파이어폭스 4는 DirectWrite 지원도 추가했지만, 렌더링 품질에 대한 사용자 불만으로 인해 파이어폭스 7에서 일부 글꼴에 대해 기본값으로 설정되지 않았다.[29] 구글 크롬은 Skia라는 자체 2D 라이브러리를 사용하며, 이는 Windows에서 ANGLE을 통해 렌더링된다.[30]) 파이어폭스 70.0에서는 오래된 하드웨어에서 기능이 부족하고 영역이 검게 표시되는 경우(예: 구글 지도) 블랙리스트에 등재된 오래된 그래픽 드라이버에서 Direct2D가 비활성화된다.[31]

Ars Technica의 피터 브라이트는 2012년 여름에 "대부분의 데스크톱 애플리케이션이 Direct2D를 사용하지 않는다"고 언급했다.[32]

마이크로소프트 오피스는 2010 버전에서 일부 화면 표시에 Direct2D 가속 기능을 활용하고 있으며,[44] 2013 버전은 디스플레이 렌더링 및 타이포그래피에 Direct2D+DirectWrite 또는 GDI+Uniscribe를 지원한다.[33]

CAD 소프트웨어인 Jw_cad는 8 버전에서 Direct2D 가속 기능을 채택하고 있다.[45]

5. 요구 사항

윈도우 비스타 SP2 이상 또는 윈도우 7 이상의 운영 체제가 필요하다. (서버 기반 운영체제 포함) 하드웨어적으로는 다이렉트엑스 9 이상을 지원하는 GPU가 필요하다. Direct2D는 Direct3D 10.1/11.x 기반의 고급 API이므로, 사용 가능한 버전은 Windows 운영 체제 버전에 따라 제한된다. 아래는 지원되는 버전을 나타낸다(서버용 OS는 생략).

버전운영체제
Direct2D 1.0윈도우 비스타 SP2 + 플랫폼 업데이트 또는 윈도우 7 이상
Direct2D 1.1윈도우 7 SP1 + 플랫폼 업데이트 또는 윈도우 8 이상
Direct2D 1.2윈도우 8.1 이상
Direct2D 1.3윈도우 10 이상


참조

[1] 웹사이트 Direct2D - Win32 apps https://msdn.microso[...] 2022-05-26
[2] 웹사이트 What's New in Direct2D and DirectWrite for Windows 10 (Channel 9) https://channel9.msd[...] 2015-12-03
[3] 웹사이트 Updated Direct2D in March DirectX SDK - Tom's Blog - Site Home - TechNet Blogs http://blogs.technet[...] blogs.technet.com 2009-03-24
[4] 웹사이트 Direct2D https://msdn.microso[...] MSDN 2011-12-26
[5] 웹사이트 .net - What exactly is "lightweight COM"? https://stackoverflo[...]
[6] 웹사이트 Text Rendering with Direct2D and DirectWrite - Win32 apps https://msdn.microso[...] 2020-08-19
[7] 웹사이트 Supported Pixel Formats and Alpha Modes - Win32 apps https://msdn.microso[...] 2020-10-20
[8] 웹사이트 DirectX feature improvements in Windows 8 - Windows drivers https://msdn.microso[...] 2021-12-15
[9] 웹사이트 Windows with C++ - Introducing Direct2D 1.1 http://msdn.microsof[...] Msdn.microsoft.com 2014-05-02
[10] 웹사이트 Platform Update for Windows 7 (Windows) https://msdn.microso[...] Msdn.microsoft.com
[11] 서적 DirectX 11.1 Game Programming Packt Publishing Ltd
[12] 웹사이트 DevBlogs http://blogs.msdn.co[...]
[13] 웹사이트 What's new in Direct2D - Win32 apps https://msdn.microso[...] 2020-08-19
[14] 웹사이트 Geometry Realizations Overview - Win32 apps https://msdn.microso[...] 2020-08-19
[15] 웹사이트 Effects (Direct2D) - Win32 apps https://msdn.microso[...] 2020-08-19
[16] 웹사이트 Built-in Effects - Win32 apps https://msdn.microso[...] 2021-09-18
[17] 웹사이트 How to Apply Effects to Primitives - Win32 apps https://msdn.microso[...] 2020-08-19
[18] 논문 GPU-accelerated path rendering 2012
[19] 웹사이트 Hardware accelerating everything: Windows 8 graphics http://blogs.msdn.co[...]
[20] 웹사이트 War of Words Between NVIDIA and AMD Over DirectX 11.1 Support Continues http://www.hardwarec[...] Hardware Canucks 2012-12-17
[21] 웹사이트 Give us DX11.1 driver support on DX11 cards. no new hardware is required for dx11.1 https://www.nvidia.c[...]
[22] 웹사이트 Fermi and Kepler DirectX API Support | NVIDIA https://nvidia.custh[...]
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[24] 웹사이트 http://channel9.msdn[...]
[25] 웹사이트 Firefox 4 as Psychedelic as IE9 with Direct2D enabled « Tim Anderson's ITWriting http://www.itwriting[...] Itwriting.com 2010-08-11
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[33] 웹사이트 Office Adopts New Windows Display Technology - Murray Sargent: Math in Office - Site Home - MSDN Blogs http://blogs.msdn.co[...] Blogs.msdn.com 2012-07-29
[34] 웹사이트 Windows Server 2008 プラットフォーム更新プログラムと Windows Vista プラットフォーム更新プログラムの説明 http://support.micro[...] マイクロソフト 2009-10-27
[35] 웹사이트 ID2D1GdiInteropRenderTarget (d2d1.h) - Win32 apps https://learn.micros[...] マイクロソフト 2021-08-03
[36] 웹사이트 ID2D1DCRenderTarget (d2d1.h) - Win32 apps https://learn.micros[...] 마이크로소프트 2021-08-03
[37] 웹사이트 About Direct2D - Win32 apps | Microsoft Learn https://learn.micros[...]
[38] 웹사이트 DPI and device-independent pixels - Win32 apps | Microsoft Learn https://learn.micros[...]
[39] 웹사이트 Retained Mode Versus Immediate Mode - Win32 apps | Microsoft Learn https://learn.micros[...]
[40] 웹사이트 §Windows 8.1 : What's new in DirectWrite - Win32 apps | Microsoft Learn https://learn.micros[...]
[41] 웹사이트 §What's new for Windows 10 Anniversary Update : What's new in Direct2D - Win32 apps | Microsoft Learn https://learn.micros[...]
[42] 웹사이트 §Windows 10 Anniversary Update : What's new in DirectWrite - Win32 apps | Microsoft Learn https://learn.micros[...]
[43] 웹사이트 §What’s new for Windows 10 Creators Update : What's new in Direct2D - Win32 apps | Microsoft Learn https://learn.micros[...]
[44] 웹사이트 ASCII.jp：パブリックベータが開始された「Office 2010」 (1/2)｜あなたの知らないWindows https://ascii.jp/ele[...]
[45] 웹사이트 2次元汎用CADソフト「Jw_cad」が約3年ぶりのアップデート - 窓の杜 https://forest.watch[...]
[46] 웹사이트 Direct2D (Windows) http://msdn.microsof[...]
[47] 웹사이트 Direct2D (Windows) http://msdn.microsof[...]
[48] 웹인용 An Unequal Trade http://blogs.technet[...] 2009-02-19
[49] 웹사이트 Release Notes: Mozilla Developer Preview http://www.mozilla.o[...]
[50] 웹사이트 presenting-direct2d-hardware-acceleratio http://www.basschout[...] 2010-04-07


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