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局部對(duì)稱的多層伊斯蘭幾何設(shè)計(jì)

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女士們,先生們,老少爺們兒們!在下張大少。

替代拼塊的特點(diǎn)是遞歸生成過程,有助于多層拼塊設(shè)計(jì)。受傳統(tǒng)伊斯蘭幾何多層拼塊設(shè)計(jì)的啟發(fā),本文提出了基于增強(qiáng)替代規(guī)則的多層設(shè)計(jì)技術(shù)。伊斯蘭幾何圖案作為裝飾被結(jié)合在多層替換中,以建立在基層替換拼塊的遞歸結(jié)構(gòu)上。使用這種技術(shù)的變體突出了兩個(gè)非周期性替代拼塊中的局部對(duì)稱性。

圖1:裝飾有zellij圖案的非周期性Ammann-Beenker拼塊。較大的玫瑰花結(jié)以這種替代拼塊的遞歸層次中不同層次的局部對(duì)稱性為中心。

具有不同程度自相似性的多級(jí)設(shè)計(jì)可見于許多傳統(tǒng)伊斯蘭幾何拼塊的例子【4】【16】。我將這一設(shè)計(jì)理念應(yīng)用于兩種著名的替代拼塊的多層結(jié)構(gòu):阿曼·本克爾拼塊和二進(jìn)制拼塊。用伊斯蘭幾何圖案裝飾替代拼塊多年來一直是一個(gè)豐富的探索領(lǐng)域【1】【2】【5】【9】【11】【12】【13】【14】,作品太多了,無法在此完全引用。一種常用的技術(shù)是用伊斯蘭幾何圖案裝飾給定替代拼塊的菱形原型拼塊集。對(duì)稱的伊斯蘭幾何圖案可以整合到菱形頂點(diǎn)處的拼塊中,如【9】所示,并在許多示例中進(jìn)行了演示【1】【5】【9】【11】【13】【14】。在本文中,重點(diǎn)將是在遞歸替換層次中將裝飾性替換過程擴(kuò)展到更高的級(jí)別。

在圖1中,多級(jí)設(shè)計(jì)是通過裝飾Ammann-Beenker拼塊實(shí)現(xiàn)的,這是一種非周期性替代拼塊,其特點(diǎn)是無處不在的八邊形對(duì)稱拼塊片[8],常見的摩洛哥zellij圖案模塊化地應(yīng)用于替代層級(jí)中尺寸不斷增加的局部對(duì)稱拼塊片[10]。一片拼塊被定義為一個(gè)拼塊中有限的一組拼塊,其并集是一個(gè)拓?fù)鋱A盤[8]。Zellij是一種拼塊馬賽克,由傳統(tǒng)的伊斯蘭幾何手工切割的小拼塊制成。摩洛哥zellij設(shè)計(jì)的全面展示在[5]中給出,包括大型多瓣玫瑰花結(jié)的建造,它與[3]一起可以將這里顯示的設(shè)計(jì)擴(kuò)展到更高的水平。

替代拼塊有一個(gè)膨脹—細(xì)分規(guī)則,用表示,對(duì)有限的一組原始拼塊類型進(jìn)行操作。替換規(guī)則用定義的原型拼塊面板替換每個(gè)原型拼塊。為了視覺呈現(xiàn)的清晰,應(yīng)當(dāng)理解,充氣步驟并不總是在圖像中進(jìn)行。有或沒有通貨膨脹的替代規(guī)則將由表示。Ammann-Beenker拼塊[8]的替換規(guī)則如圖2所示,其中菱形(橙色)和半方形(藍(lán)色)原型拼塊的右側(cè)有兩個(gè)細(xì)分步驟,左側(cè)有一個(gè)裝飾性替換。術(shù)語超級(jí)拼塊指的是通過重復(fù)應(yīng)用替換規(guī)則從集合中的原拼塊中得到的任何拼塊片。原型拼塊是第0層,并且替換規(guī)則的每個(gè)操作將超級(jí)拼塊的層提高一層。任何級(jí)別的超級(jí)拼塊都將繼續(xù)用它們所源自的原拼塊來標(biāo)識(shí)。在圖2中,Ammann-Beenker原型拼塊的右邊分別是1級(jí)和2級(jí)超級(jí)拼塊。每個(gè)原型的左邊是一個(gè)裝飾步驟的結(jié)果,K0.

圖2:Ammann-Beenker替換規(guī)則和原始拼塊裝飾。

如果替換規(guī)則是自相似的,即如果每個(gè)超級(jí)拼塊都與原拼塊相似,則稱其為完美規(guī)則。否則,如果不產(chǎn)生自相似的超級(jí)拼塊,則替換是不完美的。更多的技術(shù)定義和闡述出現(xiàn)在【6】中。在圖2中,半方形原拼塊的使用確保了阿曼·本克爾拼塊的替換規(guī)則是完美的。相比之下,在本文的第二部分中,我對(duì)二進(jìn)制拼塊使用了不完全菱形替換規(guī)則。在下面的兩個(gè)例子中,自相似超級(jí)拼塊次構(gòu)造的存在與否對(duì)多層設(shè)計(jì)方法的選擇起著重要作用。一些替換拼塊(包括這里的例子)共享的另一個(gè)有用的屬性是局部同構(gòu)。該屬性的另一個(gè)術(shù)語是重復(fù)。這一性質(zhì)表明,拼塊的任何有限部分都可以在拼塊中某個(gè)有限半徑內(nèi)的任何地方找到【15】。實(shí)際上,對(duì)于設(shè)計(jì)而言,當(dāng)拼塊具有這種特性時(shí),這意味著可以從替換過程的任何地方開始,并在替換規(guī)則的有限次迭代后到達(dá)任何期望的有限部分。特別是,它足以生成任何一個(gè)足夠高的級(jí)別來覆蓋感興趣的區(qū)域。

在相同對(duì)稱性不能具有全局范圍的非周期性替換拼塊中,可能存在對(duì)稱的拼塊片。在【14】中討論了與彭羅斯拼塊相關(guān)的局部對(duì)稱性。局部點(diǎn)對(duì)稱在這里被定義為平面中的點(diǎn)對(duì)稱,(循環(huán)的或二面體的),由非周期2D置換拼塊中的一片拼塊(必然是有限的)遵守。此外,我將把這種對(duì)稱性描述為幾何對(duì)稱性,如果拼塊片僅在拼塊上的標(biāo)記被忽略時(shí)才遵循這種對(duì)稱性,例如在阿曼·本克爾拼塊的情況下,其局部d8對(duì)稱性適用于原拼塊形狀的局部排列(圖3(a))。如果局部點(diǎn)對(duì)稱包含完整的 ? 1級(jí)超級(jí)拼塊,并且不包含完整的或更高級(jí)的超級(jí)拼塊,則稱之為級(jí)局部點(diǎn)對(duì)稱。在局部對(duì)稱性已經(jīng)確定并且含義明確的情況下,我將放寬術(shù)語并將其稱為“重”,其中確定了旋轉(zhuǎn)對(duì)稱的程度,無論是循環(huán)還是二面角。

Ammann-Beenker拼塊:局部8重對(duì)稱的Zellij裝飾

Ammann-Beenker拼塊內(nèi)的局部對(duì)稱性始于圖3(a)中的局部幾何8重對(duì)稱拼塊。如上所述,阿曼·本克爾原型拼塊上的標(biāo)記破壞了對(duì)稱性,但拼塊形狀的排列具有d8對(duì)稱性。Ammann-Beenker拼塊的遞歸結(jié)構(gòu)意味著圖3(a)的局部對(duì)稱拼塊可以由拼塊中每一層的超面組成。圖3(b)和3(c)顯示了接下來的兩層,分別由第一層和第二層超級(jí)拼塊組成,用半透明的白色覆蓋物直觀顯示。從圖3(d)中的第二層超級(jí)拼塊開始,可以看到關(guān)于超級(jí)拼塊的八重對(duì)稱補(bǔ)片的可預(yù)測(cè)外觀。這些2級(jí)超級(jí)拼塊被著色以顯示哪些原拼塊參與了局部1級(jí)8重對(duì)稱。圖3(a)的1級(jí)8倍中不涉及白色原型拼塊。應(yīng)該注意的是,有了這些標(biāo)記,阿曼·本克爾原型拼塊組合由菱形和半方形以及它們的鏡像組成。在超級(jí)拼塊也是如此。從2級(jí)超級(jí)拼塊每個(gè)頂點(diǎn)附近的原型拼塊排列可以看出,這些頂點(diǎn)中的每一個(gè)都將位于某種排列的中心,這種排列在幾何上與圖3(a)的1級(jí)局部8重對(duì)稱相同。頂點(diǎn)星是給定拼塊的原型拼塊標(biāo)記所允許的在中心頂點(diǎn)相遇的拼塊排列。第二層超級(jí)拼塊的頂點(diǎn)星顯示了第二層超級(jí)拼塊頂點(diǎn)交匯處的第一層8重的生成過程(圖3(e)-(g))。外推至更高的超級(jí)拼塊,-18層將在超級(jí)拼塊的頂點(diǎn)交匯處形成。每個(gè)超級(jí)拼塊的可預(yù)測(cè)結(jié)構(gòu)允許通過下述迭代過程進(jìn)行超級(jí)拼塊設(shè)計(jì)。

圖 3:阿曼·貝克爾拼塊中的局部 8重對(duì)稱性。(a) 第1層8重對(duì)稱。(b) 第2層8重對(duì)稱。(c) 第3層8重對(duì)稱。(d) 第2層超級(jí)拼塊著色,以顯示原點(diǎn)參與第1層8 重形狀。(e)-(g)第 1 層8重體位于第2層超級(jí)特異性頂點(diǎn)星內(nèi)。

Ammann-Beenker拼塊:局部8重對(duì)稱的Zellij裝飾

Ammann-Beenker拼塊內(nèi)的局部對(duì)稱性始于圖3(a)中的局部幾何8重對(duì)稱拼塊。如上所述,阿曼·本克爾原型拼塊上的標(biāo)記破壞了對(duì)稱性,但拼塊形狀的排列具有d8對(duì)稱性。Ammann Beenker拼塊的遞歸結(jié)構(gòu)意味著圖3(a)的局部對(duì)稱拼塊可以由拼塊中每一層的超級(jí)拼塊組成。圖3(b)和3(c)顯示了接下來的兩層,分別由第一層和第二層超級(jí)拼塊組成,用半透明的白色覆蓋物直觀顯示。

從圖3(d)中的第二層超級(jí)拼塊開始,可以看到關(guān)于超級(jí)拼塊的八重對(duì)稱面板的可預(yù)測(cè)外觀。這些2級(jí)超級(jí)拼塊被著色以顯示哪些原拼塊參與了局部1級(jí)8重對(duì)稱。圖3(a)的1級(jí)8倍中不涉及白色原型拼塊。應(yīng)該注意的是,有了這些標(biāo)記,阿曼·本克爾原型拼塊組合由菱形和半方形以及它們的鏡像組成。在超級(jí)拼塊也是如此。從2級(jí)超級(jí)拼塊每個(gè)頂點(diǎn)附近的原型拼塊排列可以看出,這些頂點(diǎn)中的每一個(gè)都將位于某種排列的中心,這種排列在幾何上與圖3(a)的1級(jí)局部8重對(duì)稱相同。頂點(diǎn)星是給定拼塊的原型拼塊標(biāo)記所允許的在中心頂點(diǎn)相遇的拼塊排列。第二層超級(jí)拼塊的頂點(diǎn)星顯示了第二層超級(jí)拼塊頂點(diǎn)交匯處的第一層8折的生成過程(圖3(e)-(g))。外推至更高的超級(jí)拼塊,第N- 1層8重對(duì)稱將在第N層超頂點(diǎn)交匯處形成。每個(gè)超級(jí)拼塊的可預(yù)測(cè)結(jié)構(gòu)允許通過下述迭代過程進(jìn)行超級(jí)拼塊設(shè)計(jì)。

模塊化的8重對(duì)稱zellij圖案以中心玫瑰花結(jié)花瓣數(shù)量不斷增加的玫瑰花結(jié)為中心,用于表示局部8重對(duì)稱程度的增加(圖1和圖4)。圖4(a)-(c)顯示了第1層至第3層8重對(duì)稱的中心部分,以及它們是如何被zelij圖案裝飾的,zelij圖案具有花瓣數(shù)量遞增的中心玫瑰形圖案。這些圖案由模塊組成,包括圖4(d)中所示的可替換圖4(a)和(b)中所示拼塊面板的元素,以及圖4(d)中所示的可替換小八角形圖案下方的兩個(gè)模塊替換物。

圖4:

用于裝飾8重局部對(duì)稱的模塊化zellij。(a)1級(jí)8重中央面板和相應(yīng)的zellij裝飾。(b)2級(jí)8重中央面板及其相應(yīng)的zellij裝飾。(c)3級(jí)8重中央面板及其相應(yīng)的zellij裝飾。(d)2級(jí)和3級(jí)8重裝飾組合中的模塊化zellij元素。

多層設(shè)計(jì)過程從在原型拼塊層添加zellij裝飾開始(圖2和圖5),由K0表示。專為N超級(jí)拼塊設(shè)計(jì)的裝飾用KN表示這里的裝飾方案是根據(jù)模塊化zellij元素添加的,從原型拼塊裝飾開始,并添加到第2層到第5層的超級(jí)拼塊(圖5和圖6)。一旦知道了裝飾方案,裝飾操作KN本身可以直接應(yīng)用于任何級(jí)別的N超級(jí)拼塊,而無需通過先前的級(jí)別(圖5(c))。圖4(c)的模塊被重新著色,以用作圖6中4級(jí)8重的裝飾。

圖 5:Ammann-Beenker 超級(jí)拼塊裝飾。(a) 第2層菱形疊層的裝飾。(b) 第2層半四邊形的裝飾。(c) 第3層菱形裝飾。

圖6:阿曼·比克5級(jí)菱形超級(jí)拼塊的多層zellij裝飾。

如果被裝飾的拼塊帶有原始原型拼塊的隱藏標(biāo)記,那么就有可能將任何被裝飾的超級(jí)拼塊正確地分解成原始原型拼塊及其超級(jí)拼塊(如果這在原始拼塊中是可能的)。這樣,KN就可以對(duì)任何N級(jí)或更高級(jí)別的超級(jí)拼塊進(jìn)行操作,將其分解為N級(jí)的超級(jí)拼塊(圖 5)。置換操作N既可以在超級(jí)拼塊上進(jìn)行,也可以在原生拼塊上進(jìn)行。如果在裝飾過的N級(jí)超整數(shù)上進(jìn)行,KN裝飾就可以同時(shí)應(yīng)用到所有N級(jí)超級(jí)拼塊上,構(gòu)成N+ 1級(jí)超級(jí)拼塊。

裝飾可以改變?cè)计磯K的局部對(duì)稱性。這里的目的不是用裝飾來表示精確的對(duì)稱,而是放置一個(gè)指示真實(shí)對(duì)稱元素的位置的元素,盡管有額外的修飾。通過這種方式,底層的拼塊充當(dāng)了裝飾的腳手架,持續(xù)存在于裝飾之下(圖6)。

二元拼塊:顏色的局部五重對(duì)稱

二進(jìn)制拼塊是由圖7[6][7][15] 所示的不完全替換規(guī)則生成的。它由相同的厚和薄菱形原拼塊形狀組成,以與彭羅斯拼塊相同的相對(duì)頻率出現(xiàn),但具有不同的標(biāo)記。二元替換規(guī)則具有弱混合特性,這使其比彭羅斯拼塊[6]具有更高的無序度。盡管如此,局部五重旋轉(zhuǎn)對(duì)稱大量存在。在這種情況下,如果超級(jí)拼塊不是自相似的,則可以方便地用顏色突出局部5重對(duì)稱,稍后添加伊斯蘭幾何裝飾(圖8和9)。

圖7:二元菱形拼塊原型的替換(右箭頭)和裝飾(左箭頭)。

圖8:相鄰疊面邊緣產(chǎn)生的5重對(duì)稱性。(a)第5層厚菱形超級(jí)拼塊。(b) 第5層薄菱形超級(jí)拼塊。(c) 第6層薄菱形超級(jí)拼塊。(d) 5 重對(duì)稱局部區(qū)域的厚菱形疊加色。

圖9:五重對(duì)稱的原色裝飾。

(a) 裝飾著色方案。(b) 接近1級(jí)5重對(duì)稱性的原生拼塊裝飾的直接結(jié)果。(c)十邊形圖案的統(tǒng)一著色。

預(yù)測(cè)二進(jìn)制拼塊中超級(jí)拼塊內(nèi)對(duì)稱區(qū)域的位置并不像預(yù)測(cè)Ammann-Beenker拼塊那樣簡(jiǎn)單。當(dāng)新的五重對(duì)稱拼塊在下一層超級(jí)拼塊相鄰時(shí),它們的中心位于沿超級(jí)拼塊共享邊緣的位置(圖8)。5級(jí)超級(jí)拼塊(圖8(a)和(b))和6級(jí)薄菱形超級(jí)拼塊(圖8(c))通過顏色變化突出顯示局部5層。這些超級(jí)拼塊的組成用下一層超級(jí)拼塊之間的黃線表示。如果尚未出現(xiàn)在復(fù)合超級(jí)拼塊中,則在下一層超級(jí)拼塊中的邊界處會(huì)出現(xiàn)5重對(duì)稱 。第1層5重對(duì)稱來自于厚的菱形原生拼塊??梢杂^察到,較高層次的5重對(duì)稱是由較高層次的厚菱形超級(jí)拼塊構(gòu)成的。因此,為了按層次對(duì)5層進(jìn)行著色,當(dāng)發(fā)現(xiàn)它們涉及局部5層對(duì)稱性時(shí),根據(jù)它們的層次用厚菱體超級(jí)拼塊替代交替著色就足夠了。圖8(d)顯示了從淺到深漸變的顏色使用,分別突出顯示了1級(jí)5重對(duì)稱中的0級(jí)粗菱面體原拼塊,2級(jí)5重對(duì)稱中的1級(jí)粗菱面體原拼塊和第3層5重對(duì)稱中的2級(jí)粗菱面體原拼塊。使用顏色漸變可以輕松延續(xù)到更高的級(jí)別(圖9(a))。

與阿曼·本克爾拼塊一樣,藝術(shù)家可以選擇在二元拼塊的任何給定有限區(qū)域內(nèi)突出顯示局部對(duì)稱的級(jí)別。根據(jù)局部同構(gòu)特性,將有一個(gè)足夠高的級(jí)別的超級(jí)拼塊來包含整個(gè)面板。較高的局部對(duì)稱性總是存在于拼塊的較大區(qū)域中。藝術(shù)家可以選擇僅突出顯示最高的局部對(duì)稱性,該對(duì)稱性可以在給定的有限圖像的上下文中容易地識(shí)別。由于局部對(duì)稱性出現(xiàn)在超級(jí)拼塊的邊緣中心,從超級(jí)拼塊裁剪的感興趣的片不應(yīng)比r更靠近超級(jí)拼塊的任何邊緣,其中r是要突出顯示的最大局部5重的半徑。在生成感興趣的面板并用顏色突出顯示局部5重對(duì)稱性之后,可以根據(jù)它們的顏色來裝飾原型拼塊。圖9(a)顯示了菱形原型拼塊的Nodir Devon裝飾方案【12】,該方案將局部5重對(duì)稱至第5層。菱形原型裝飾方案在Nodir Devon裝飾的十邊形圖案中留下了一個(gè)缺乏美感的多色形狀(圖9(b))。這很容易通過為著色方案選擇一個(gè)層次并用根據(jù)該層次的單一顏色替換整個(gè)十邊形元素來糾正(圖9(c))。與本文的其他技術(shù)相比,這可以被認(rèn)為是一個(gè)藝術(shù)干預(yù)步驟。這里,層次結(jié)構(gòu)從級(jí)別1的5重對(duì)稱開始,下降到級(jí)別5的5重對(duì)稱,非對(duì)稱著色位于最低級(jí)別。

經(jīng)過多級(jí)超級(jí)拼塊生成后,二進(jìn)制拼塊中出現(xiàn)兩個(gè)主要的視覺特征(圖8和圖10)。第一個(gè)是細(xì)菱形的彎曲線的出現(xiàn),所有的線在它們的邊緣接觸。我將把這些細(xì)長(zhǎng)菱形的彎曲線稱為“蠕蟲”第二個(gè)特征是在不同水平上出現(xiàn)局部5重對(duì)稱,沿著蠕蟲的交替?zhèn)瘸室?guī)則排列。在未修飾的二元拼塊的視覺無序中,很難區(qū)分局部5重旋轉(zhuǎn)對(duì)稱的區(qū)域。通過顏色突出顯示它們以及它們沿著蠕蟲的排列,創(chuàng)建多尺度設(shè)計(jì)。

圖10:裝飾二進(jìn)制拼塊。顏色突出了1至5級(jí)的局部5重對(duì)稱以及由連接的線性排列中的薄菱形生成的“蠕蟲”。

總結(jié)和結(jié)論

這兩個(gè)例子探討了在替換拼塊遞歸結(jié)構(gòu)中,基于替換規(guī)則的增強(qiáng)來創(chuàng)建多層次設(shè)計(jì)的技術(shù)。多層次的超級(jí)對(duì)稱裝飾直觀地揭示了這些非周期性替換方格中局部對(duì)稱的縮放特性和遞歸結(jié)構(gòu)。

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青山不改,綠水長(zhǎng)流,在下告退。

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2026-03-11 17:53:15
韓國(guó)刺痛了日本

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睡前馬戲團(tuán)
2026-03-11 15:36:29
從法國(guó)走路到中國(guó)

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新民周刊
2026-03-10 16:44:38
電影《鏢人:風(fēng)起大漠》總票房破13億

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界面新聞
2026-03-11 15:53:12
終于回來了!上海很多人都在掛念的這家百貨店,關(guān)門500多天后即將重開

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新民晚報(bào)
2026-03-10 20:04:15
3月9日起,交管12123上線駕證狀態(tài)智能認(rèn)證新功能

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周哥一影視
2026-03-11 16:42:06
1971年,老太太質(zhì)問周恩來我啥級(jí)別,真相一出令人肅然起敬

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棠棣分享
2026-03-05 18:11:12
3000萬保底一夜消失,90%短劇公司正在“等死”

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李砍柴
2026-03-10 16:52:32
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雷科技
2026-03-10 10:55:29
誰受歡迎不再有爭(zhēng)議?NBA球員社媒粉絲數(shù)發(fā)布 詹姆斯是庫里三倍?

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體壇八點(diǎn)半的那些事兒
2026-03-11 18:34:22
你那“迷人的老祖宗”真不值得崇拜

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浪子說
2026-03-11 07:14:11
老板娘真是越看越好看了!

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太急張三瘋
2026-03-11 09:40:08
濟(jì)南法院判決:債務(wù)人去世家屬“放棄繼承”,還需償還引發(fā)熱議!

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漁夫說事
2026-03-10 09:41:26
追覓手機(jī)外觀確認(rèn):奢華設(shè)計(jì)叫板華為小米 三分天下

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快科技
2026-03-09 16:32:10
最高院:借款人已支付利息超過法定利率上限的,可沖抵借款本金!

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周軍律師聊案子
2026-03-11 09:21:04
紀(jì)實(shí):浙江幼師幼兒園潛伏22年,警察曝光真實(shí)身份,家長(zhǎng)很后怕

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談史論天地
2026-03-01 09:49:38
伊朗軍隊(duì)稱對(duì)以色列多個(gè)戰(zhàn)略要地發(fā)動(dòng)持續(xù)襲擊

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界面新聞
2026-03-11 18:48:15
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劉浶開挖機(jī)
2026-03-11 04:48:36
2026-03-11 19:04:49
宇宙文明領(lǐng)路人
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科普/科幻作者
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