基于全景圖像拍攝的服裝工藝仿真教學(xué)課件開發(fā)

摘 要 根據(jù)服裝工藝教學(xué)與實(shí)訓(xùn)的目的，以及仿真課件能夠?qū)崿F(xiàn)的功能需求，結(jié)合全景圖像拍攝與展示技術(shù)，利用相關(guān)的工具與軟件，以服裝工藝課程所需掌握的知識(shí)模塊為基礎(chǔ)，選擇服裝企業(yè)裁剪車間全景展示為實(shí)例，詳細(xì)闡述圖像的拍攝與拼接、展示與交互設(shè)置、工藝教學(xué)資源的嵌入等仿真課件制作過(guò)程及制作要點(diǎn)。

關(guān)鍵詞 全景圖像；服裝工藝教學(xué)；仿真課件

中圖分類號(hào)：G436 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1671-489X（2015）20-0057-04

1 全景圖像技術(shù)

全景圖像是圖像繪制技術(shù)中的一個(gè)重要研究方向，其在虛擬環(huán)境、計(jì)算機(jī)視覺(jué)以及多媒體領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用[1]，屬于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的范疇。主要是通過(guò)數(shù)碼相機(jī)等專業(yè)設(shè)備360°旋轉(zhuǎn)拍攝出一組序列圖片，通過(guò)相關(guān)軟件或程序拼接和調(diào)整，生成全視角的圖像；或者是通過(guò)三維圖形軟件制作出三維場(chǎng)景或物體，設(shè)置好模擬攝像機(jī)的角度，選擇全景渲染方式（Panorama Exporter）生成全景圖像。全景圖像是一種對(duì)周圍場(chǎng)景進(jìn)行某種幾何關(guān)系映射而生成的平面圖，然后經(jīng)全景播放器的校正處理后形成的一種全方位視覺(jué)特效，從而給人以三維立體的感官體驗(yàn)。

全景圖像最大的特點(diǎn)是視角的360°上下左右環(huán)視，主要表現(xiàn)在：能給人身臨其境的上下左右三維立體空間環(huán)視效果；場(chǎng)景360°范圍內(nèi)的所有信息能真實(shí)而全面地展示出來(lái)。瀏覽全景圖像時(shí)，用戶通過(guò)全景瀏覽器利用鍵盤或鼠標(biāo)上下、左右任意選擇自己的視角，并可根據(jù)需要進(jìn)行放大或縮小觀看場(chǎng)景內(nèi)的細(xì)節(jié)，實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)場(chǎng)景環(huán)視或?qū)?duì)象物體的360°多視角顯示，具有很強(qiáng)的動(dòng)感和景深透視效果。

2 仿真課件設(shè)計(jì)的目的與功能

服裝工藝仿真課件作為專業(yè)教學(xué)過(guò)程中必不可少的工具之一，主要目的是有針對(duì)性地對(duì)企業(yè)生產(chǎn)工藝技術(shù)與生產(chǎn)過(guò)程精選案例進(jìn)行提煉，運(yùn)用相應(yīng)的技術(shù)手段將其模擬再現(xiàn)，使服裝工藝知識(shí)點(diǎn)形象化、直觀化，并通過(guò)交互操作，讓學(xué)生在專業(yè)知識(shí)與技術(shù)的學(xué)習(xí)過(guò)程中得到很強(qiáng)的沉浸感與體驗(yàn)感，使服裝工藝?yán)碚撆c技能的學(xué)習(xí)同企業(yè)生產(chǎn)實(shí)際應(yīng)用達(dá)到零距離接觸，從根本上解決產(chǎn)與教的無(wú)縫對(duì)接[2]。在傳統(tǒng)的服裝工藝教學(xué)過(guò)程中，技能實(shí)訓(xùn)往往是教學(xué)的側(cè)重點(diǎn)，實(shí)訓(xùn)過(guò)程及實(shí)際應(yīng)用效果直接受教師自身的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)影響。

同時(shí)，服裝工業(yè)化生產(chǎn)過(guò)程所應(yīng)用到的特種工藝設(shè)備和生產(chǎn)物料，在工藝教學(xué)過(guò)程中以實(shí)訓(xùn)設(shè)備與器材的形式完全體現(xiàn)出來(lái)是很難做到的，這就使得學(xué)生在服裝工藝課程學(xué)習(xí)時(shí)無(wú)法系統(tǒng)而完整地掌握基于服裝產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)的工藝基礎(chǔ)知識(shí)與技能，同時(shí)也限制了學(xué)生在服裝工藝設(shè)計(jì)方面的思維拓展。

因此，以全景圖像技術(shù)為基礎(chǔ)的服裝工藝仿真課件所要實(shí)現(xiàn)的功能主要有以下幾點(diǎn)。

其一，全視角展示功能：根據(jù)課件內(nèi)容規(guī)劃展示對(duì)象，將教學(xué)所需的服裝企業(yè)產(chǎn)品生產(chǎn)車間與流水線、相關(guān)的服裝工藝設(shè)備、成衣進(jìn)行360°三維虛擬展示，讓學(xué)生全方位地了解與感受服裝企業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，認(rèn)識(shí)了解工藝實(shí)訓(xùn)拓展的設(shè)備與器材，增強(qiáng)學(xué)生專業(yè)學(xué)習(xí)的臨場(chǎng)感。

其二，體驗(yàn)性的交互功能：在仿真課件操作中，學(xué)生通過(guò)鼠標(biāo)與鍵盤可以進(jìn)行場(chǎng)景與模型多視角轉(zhuǎn)換展示，或根據(jù)學(xué)習(xí)進(jìn)度需要在三維虛擬環(huán)境下選擇知識(shí)模塊進(jìn)行自主學(xué)習(xí)，來(lái)強(qiáng)化學(xué)生專業(yè)學(xué)習(xí)與實(shí)訓(xùn)時(shí)的臨場(chǎng)體驗(yàn)感。

其三，系統(tǒng)的知識(shí)鏈接功能：在360°三維虛擬展示的場(chǎng)景和模型中，以服裝工藝教學(xué)模塊為基礎(chǔ)規(guī)劃課件教學(xué)內(nèi)容，通過(guò)圖片、文字與視頻動(dòng)畫等形式，將課程學(xué)習(xí)所需的必備知識(shí)點(diǎn)與拓展知識(shí)點(diǎn)嵌入其中，通過(guò)仿真課件生動(dòng)直觀的特點(diǎn)強(qiáng)化專業(yè)知識(shí)學(xué)習(xí)的系統(tǒng)性。

3 課件開發(fā)的內(nèi)容與主要工具

課件開發(fā)的主要內(nèi)容 全景圖像所實(shí)現(xiàn)的主要是展示功能，將目標(biāo)對(duì)象360°、全方位地展示出來(lái)，它屬于虛擬現(xiàn)實(shí)的范疇。隨著Internet的應(yīng)用與普及，全景技術(shù)也得到了迅速發(fā)展，全景的種類已從簡(jiǎn)易的柱形全景，發(fā)展到球形全景、立方體全景、對(duì)象全景等[3]。服裝工藝課件所應(yīng)用的全景圖像重點(diǎn)體現(xiàn)的也是展示功能，將學(xué)校工藝實(shí)訓(xùn)室無(wú)法體現(xiàn)的服裝生產(chǎn)設(shè)備、產(chǎn)品生產(chǎn)線、成衣等場(chǎng)景與模型，通過(guò)圖像拍攝、拼接、交互設(shè)計(jì)等手段實(shí)現(xiàn)實(shí)景三維多視角展示；同時(shí)通過(guò)相關(guān)技術(shù)，在場(chǎng)景內(nèi)添加相關(guān)文字圖片資料、網(wǎng)站、視頻等教學(xué)內(nèi)容，使學(xué)生在一個(gè)實(shí)景虛擬的環(huán)境下，直觀而形象地完成某個(gè)教學(xué)項(xiàng)目的自主學(xué)習(xí)?；诖?，球形全景、對(duì)象全景兩類圖像應(yīng)用在服裝工藝課程仿真教學(xué)課件的開發(fā)中，是比較符合仿真教學(xué)目的的。

球形全景圖像主要為水平360°、垂直180°的全視角場(chǎng)景開發(fā)，對(duì)應(yīng)服裝工藝課程教學(xué)的知識(shí)點(diǎn)，場(chǎng)景模型涵蓋了服裝生產(chǎn)企業(yè)技術(shù)部、裁剪車間、縫制車間、后整理車間等部門。對(duì)象全景主要用于聚焦于某個(gè)對(duì)象360°旋轉(zhuǎn)視角的設(shè)備與產(chǎn)品的開發(fā)。在服裝工藝設(shè)計(jì)課程范圍內(nèi)，包括了各種生產(chǎn)設(shè)備與器具（普通縫紉設(shè)備、特種工藝設(shè)備、熨燙設(shè)備、裁剪設(shè)備等）、成衣產(chǎn)品（各種類型的男女服裝款式）、生產(chǎn)物料（面輔料、服飾配件等），對(duì)應(yīng)建立鏈接的教學(xué)資源素材包含場(chǎng)景內(nèi)設(shè)備、工具，生產(chǎn)工藝基本知識(shí)，生產(chǎn)規(guī)范與標(biāo)準(zhǔn)，單件服裝的生產(chǎn)工序、質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)、材料配伍、縫制技巧等文字資料、圖片展示、動(dòng)畫演示、實(shí)操視頻演示、網(wǎng)站鏈接等內(nèi)容。主要體現(xiàn)教學(xué)內(nèi)容的仿真性、教學(xué)情境的虛擬性、教學(xué)形式的協(xié)作性等特點(diǎn)，是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在服裝工藝教學(xué)中應(yīng)用的主要層面。其實(shí)質(zhì)是以服裝現(xiàn)代生產(chǎn)技術(shù)的內(nèi)容為核心，建立起仿真模型及其仿真交互的功能，然后在此基礎(chǔ)上再加上多媒體或虛擬外殼，即仿真操作的界面，外部特征是多媒體或虛擬仿真的環(huán)境，其內(nèi)部是對(duì)生產(chǎn)技術(shù)實(shí)踐仿真模型實(shí)時(shí)仿真的過(guò)程[4]。

仿真課件中全景素材開發(fā)的主要工具 服裝工藝仿真課件中全景場(chǎng)景與模型開發(fā)主要采用的是球形全景技術(shù)與對(duì)象全景技術(shù)，涉及的工具包括拍攝全景素材所需的硬件器材與后期制作所需軟件工具兩部分。

1）硬件器材。無(wú)論是球形全景圖像還是對(duì)象全景圖像，都是由多幅序列圖像拼接組成的，序列圖像越少，圖像成像效果越精細(xì)，完成的全景圖像質(zhì)量就越高。首先，球形全景所需的序列圖像拍攝的工具選擇，以目前成像在2400萬(wàn)像素以上的專業(yè)單反數(shù)碼相機(jī)和與其機(jī)身配套的8～16 mmendprint

魚眼鏡頭為佳，其特點(diǎn)是焦距短，景深長(zhǎng)，透視匯聚感強(qiáng)烈，視角范圍可達(dá)到180°以上。一般采用魚眼鏡頭拍攝球形全景所需的序列照片，最少只需拍攝2～4幅圖像即可，對(duì)于相應(yīng)的圖像映射處理技術(shù)來(lái)說(shuō)，完全減少了圖像拼接的難度。

同時(shí)，選擇具有一定重量且材料強(qiáng)度較高的三角架和與之配套的全景攝影專用云臺(tái)也是必不可少的。其作用是通過(guò)云臺(tái)上縱橫標(biāo)尺刻度來(lái)保持相機(jī)的節(jié)點(diǎn)的穩(wěn)定性，并將鏡頭中心節(jié)點(diǎn)與云臺(tái)的旋轉(zhuǎn)軸心對(duì)齊吻合。在拍攝時(shí)各旋轉(zhuǎn)角度的圖像都處在一個(gè)“節(jié)點(diǎn)”上，致使每幅序列圖像都處在同一個(gè)水平狀態(tài)，減小了序列圖像拼接部位的誤差，拼合的全景圖就會(huì)完美。

此外，在拍攝對(duì)象全景序列圖像時(shí)，選擇具備可設(shè)定旋轉(zhuǎn)角度與往返功能、可設(shè)定在旋轉(zhuǎn)角度內(nèi)平臺(tái)暫停的次數(shù)及時(shí)間功能、可連接相機(jī)同步旋轉(zhuǎn)拍攝功能的載物轉(zhuǎn)臺(tái)與托盤也是必不可少的。

2）軟件工具。目前全景圖后期制作的軟件有很多，主要用于各類全景圖序列圖片的拼接、全景圖像后期處理與發(fā)布，如Realviz Stitcher、3DVista Flash VT Exporter、

Pano2VR、PT.GUI、Panorama Express、Adobe Photoshop、

Adobe Flash、上海杰圖造景師、Ulead Cool360等。

4 仿真課件制作過(guò)程——以服裝裁剪車間全景拍攝為例

服裝裁剪車間場(chǎng)景的拍攝 在全景圖像制作過(guò)程中，序列圖片拍攝的質(zhì)量直接影響到全景展示的效果。其中影響圖像質(zhì)量的主要因素是拍攝視角與全景拍攝器材的選擇。在服裝裁剪車間的序列圖片拍攝時(shí)，其拍攝視角的選擇應(yīng)注意以下幾個(gè)方面。

其一，體現(xiàn)教學(xué)課件內(nèi)容的鏈接的器具與物品盡量接近拍攝點(diǎn)，四周的視角應(yīng)開闊，周圍沒(méi)有遮擋物，可以將整個(gè)車間場(chǎng)景一覽無(wú)遺。

其二，拍攝的天花板與地面的紋理與物品不宜太復(fù)雜，以地面為參照，保持為水平狀態(tài)。

其三，避免對(duì)車間內(nèi)生產(chǎn)人員的正常流動(dòng)形成阻礙。

全景圖像的拍攝器材包括單反數(shù)碼相機(jī)、10.5 mm魚眼鏡頭、帶有水平與垂直刻度標(biāo)尺的云臺(tái)與三腳架等。在裝配相機(jī)、云臺(tái)與三腳架時(shí)，相機(jī)成像節(jié)點(diǎn)與全景云臺(tái)旋轉(zhuǎn)點(diǎn)的調(diào)節(jié)是全景圖像拼接的精度與質(zhì)量的關(guān)鍵，兩點(diǎn)應(yīng)在同一條線上，并且相機(jī)與云臺(tái)的支架保持垂直狀態(tài)。在相機(jī)裝配在云臺(tái)支架上后，可以參考支架上的刻度移動(dòng)相機(jī)的位置來(lái)調(diào)整拍攝的節(jié)點(diǎn)，直到對(duì)準(zhǔn)為止。

在360°旋轉(zhuǎn)拍攝時(shí)，根據(jù)每個(gè)旋轉(zhuǎn)角度光線的不同來(lái)調(diào)節(jié)相機(jī)的光圈、ISO值、快門等參數(shù)，通過(guò)調(diào)節(jié)云臺(tái)底座轉(zhuǎn)臺(tái)上的刻度，每旋轉(zhuǎn)60°拍攝一幅圖像，保持水平狀態(tài)下旋轉(zhuǎn)一周拍攝六幅圖像，如圖1所示。拍攝全景圖像頂視圖時(shí)，相機(jī)的視角保留在拍攝水平環(huán)視序列圖的第六幅角度，將三角架保持在穩(wěn)固狀態(tài)，不要讓其產(chǎn)生任何挪動(dòng)，通過(guò)調(diào)整云臺(tái)上的旋轉(zhuǎn)扳手，相機(jī)鏡頭垂直對(duì)準(zhǔn)天花板，參照水平序列圖拍攝時(shí)的參數(shù)調(diào)節(jié)好相機(jī)參數(shù)進(jìn)行拍攝；拍攝地面時(shí)同樣參照第六幅的視角角度，站在相機(jī)在水平拍攝時(shí)漏拍的區(qū)域之外，手持三角架，鏡頭對(duì)準(zhǔn)放置三腳架的地面，相機(jī)與地面保持水平狀態(tài)，將鏡頭視角對(duì)準(zhǔn)涵蓋水平拍攝時(shí)漏拍的區(qū)域進(jìn)行拍攝。

360°球形全景圖的拼接與后期修整 全景圖像中三維場(chǎng)景生成的關(guān)鍵環(huán)節(jié)是圖像拼接技術(shù)，主要是將連續(xù)拍攝的一個(gè)場(chǎng)景中序列圖片重疊部分利用軟件工具或圖像合成算法進(jìn)行技術(shù)處理，無(wú)縫組合成一幅完整的矩形投影平面圖。它分為水平拼接、垂直拼接、水平與垂直結(jié)合拼接三種[5]。根據(jù)拍攝的特點(diǎn)，本文采取的是利用相關(guān)軟件對(duì)圖像進(jìn)行水平與垂直拼接相結(jié)合的方法，圖片的修整分三個(gè)步驟進(jìn)行。

第一步，通過(guò)PT GUI軟件導(dǎo)入需要拼接的序列圖像，其中包括水平環(huán)狀拍攝的六幅圖像和頂部與地面拍攝的兩幅圖像，調(diào)整圖片順序，建立圖像拼接的參考點(diǎn)，設(shè)置好參考點(diǎn)的參數(shù)與輸出路徑，點(diǎn)擊軟件“Create Panorama”按鈕將自動(dòng)拼合的圖像輸出為球面投影矩形平面圖，生成球形的全景平面圖像。

第二步，修補(bǔ)與調(diào)整球面全景圖像接縫與色彩。針對(duì)軟件自動(dòng)拼接時(shí)全景圖像所產(chǎn)生的邊緣接縫偏差，以及拍攝場(chǎng)景時(shí)由于光線細(xì)微變化各幅序列圖像產(chǎn)生的色彩偏差，主要利用Photoshop軟件中的區(qū)域選擇、色彩調(diào)整、畫筆、圖章、橡皮擦等工具進(jìn)行調(diào)整修正。

第三步，修補(bǔ)球面全景圖像的頂部和底部。通過(guò)軟件自動(dòng)拼接的球面投影矩形平面圖多少會(huì)產(chǎn)生一些拼接接縫的誤差，主要通過(guò)Pano2VR與Photoshop軟件來(lái)修正，修正過(guò)程主要包括水平十字形平面圖片的轉(zhuǎn)換，利用圖章工具、變形、剪切、復(fù)制與粘貼命令等進(jìn)行地面圖像偏差的調(diào)整，修正后的水平十字形圖片轉(zhuǎn)換成球面投影矩形平面圖等過(guò)程，如圖2所示。

全景交互展示與課件發(fā)布 球形全景水平360°、垂直180°立體展示的實(shí)現(xiàn)有很多方法，但主要是以網(wǎng)絡(luò)的形式通過(guò)瀏覽器展示來(lái)體現(xiàn)的，包含兩種形式：一種是利用相關(guān)軟件制作成與IE瀏覽器兼容的文件格式，通過(guò)IE瀏覽器中的全景圖像播放插件進(jìn)行交互展示；另一種是利用編程工具自主設(shè)計(jì)與開發(fā)獨(dú)立的全景圖像系統(tǒng)展示系統(tǒng)與瀏覽器，封裝成獨(dú)立的軟件，結(jié)合相關(guān)的硬件設(shè)備，通過(guò)相關(guān)軟硬件工具進(jìn)行交互操作來(lái)實(shí)現(xiàn)全景的展示。服裝裁剪車間360°球形全景圖像主要是通過(guò)Panorama Express軟件應(yīng)用來(lái)實(shí)現(xiàn)展示、課件教學(xué)資源的嵌入與交互操作等功能的。完成的360°場(chǎng)景圖像應(yīng)以體現(xiàn)工藝教學(xué)內(nèi)容為重點(diǎn)，在單個(gè)場(chǎng)景圖像的視角不能完全滿足課程教學(xué)資源嵌入的情況下，可以選擇多個(gè)拍攝點(diǎn)進(jìn)行多個(gè)場(chǎng)景的拍攝與全景圖像制作，通過(guò)相應(yīng)的技術(shù)手段進(jìn)行集成封裝，實(shí)現(xiàn)多場(chǎng)景切換展示。

課件的交互設(shè)置分幾步來(lái)完成。

第一步，打開軟件，將完成的單幅或多幅裁剪車間球面投影矩形平面圖導(dǎo)入軟件中，根據(jù)教學(xué)進(jìn)度需要調(diào)整各視角場(chǎng)景展示的先后順序，展示的形式選擇為球形全景，形成一個(gè)多場(chǎng)景切換操作的服裝裁剪車間全景展示空間。endprint

第二步，通過(guò)軟件工具中添加全景展示的交互功能，根據(jù)軟件操作流程模塊，完成課件的歡迎畫面制作與導(dǎo)入，并針對(duì)多幅場(chǎng)景進(jìn)行課件背景音樂(lè)或者語(yǔ)音介紹的設(shè)置。

第三步，設(shè)置教學(xué)資源鏈接的熱點(diǎn)，打開軟件工具欄，選擇對(duì)應(yīng)的熱點(diǎn)添加按鈕，根據(jù)教學(xué)內(nèi)容的設(shè)計(jì)將按鈕拖動(dòng)到對(duì)應(yīng)的場(chǎng)景模型區(qū)域，在彈出的對(duì)話框設(shè)置課件的交互功能，其交互的內(nèi)容包括裁剪工藝流程文字說(shuō)明、裁床操作規(guī)范文字說(shuō)明、裁剪設(shè)備圖片細(xì)節(jié)展示、單件裁剪工藝操作圖示與視頻鏈接、批量裁剪工藝操作圖示與視頻鏈接、裁片捆扎與編號(hào)操作視頻鏈接與文字說(shuō)明、裁片質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)文字說(shuō)明等。

第四步，仿真課件打包封裝，選擇網(wǎng)絡(luò)瀏覽格式進(jìn)行課件的發(fā)布，主要是通過(guò)軟件將制作完成的場(chǎng)景文件導(dǎo)出，系統(tǒng)則自動(dòng)生成一個(gè)文件包，將所有的編輯信息保存在一個(gè)文件夾內(nèi)，通過(guò)軟件自動(dòng)生成的瀏覽器進(jìn)行全景的交互瀏覽。并在軟件輸出選項(xiàng)中設(shè)置展示系統(tǒng)嵌入到IE瀏覽器當(dāng)中的頁(yè)面效果，以便集成在網(wǎng)頁(yè)當(dāng)中運(yùn)行。課件瀏覽效果如圖3所示。

5 結(jié)語(yǔ)

全景圖像技術(shù)與服裝工藝教學(xué)內(nèi)容結(jié)合進(jìn)行課件開發(fā)，與傳統(tǒng)的課件的區(qū)別是，給學(xué)生提供的是在具有實(shí)景仿真特點(diǎn)的虛擬空間內(nèi)進(jìn)行自主學(xué)習(xí)的交互體驗(yàn)，體現(xiàn)出企業(yè)實(shí)景再現(xiàn)、仿真體驗(yàn)交互等優(yōu)勢(shì)，使其專業(yè)教學(xué)與技能訓(xùn)練生動(dòng)而直觀起來(lái)。在實(shí)際教學(xué)過(guò)程中，可根據(jù)課程內(nèi)容的需要定期到合作服裝企業(yè)進(jìn)行教學(xué)素材采集，與企業(yè)生產(chǎn)模式、技術(shù)與設(shè)備的升級(jí)與更新同步，及時(shí)對(duì)課件教學(xué)資源進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整，更新課件所包含的知識(shí)點(diǎn)，使專業(yè)教學(xué)時(shí)刻保持適時(shí)性。同時(shí)，根據(jù)服裝工藝課程的內(nèi)容系統(tǒng)設(shè)計(jì)與規(guī)劃若干教學(xué)項(xiàng)目，以教學(xué)項(xiàng)目為基礎(chǔ)進(jìn)行系列仿真課件的開發(fā)，并利用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與云計(jì)算技術(shù)擴(kuò)展成服裝工藝仿真教學(xué)共享平臺(tái)，形成一個(gè)三維立體仿真的虛擬學(xué)習(xí)生態(tài)環(huán)境，使服裝工藝教學(xué)更加具有系統(tǒng)性，仿真教學(xué)資源更加具有生命力。

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