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Introducción a Box2D para Flash y AS3

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Read Time: 30 min

Spanish (Español) translation by Esther (you can also view the original English article)

Box2D es un popular motor de física con una sólida adaptación a Flash, que se utilizó para crear el excelente juego Fantastic Contraption. En este tutorial, el primero de una serie, conocerás los fundamentos de Box2D 2.1a para Flash y AS3.


Paso 1: La configuración aburrida

Voy a asumir que ya sabes cómo configurar un proyecto básico de Flash usando tu editor y flujo de trabajo de elección, ya sea creando un FLA con una clase de documento, un proyecto AS3 puro en un editor diferente, o lo que sea. Yo estoy usando FlashDevelop, pero deberías usar lo que te resulte más cómodo.

Crea tu proyecto y nombra la clase principal Main.as. Dale un poco de código de caldera; el mío se parece a esto:

No te preocupes por el metatag [Frame], así es como FlashDevelop crea un precargador. Todo lo que necesita saber es que getStarted() se ejecuta cuando el SWF se ha cargado completamente. Crea una función con el mismo nombre que se ejecute cuando tu clase Main se haya cargado.

También voy a suponer que te sientes cómodo con el uso de una biblioteca o API independiente en tu proyecto. Descarga Box2DFlash 2.1a desde esta página (yo estoy usando la versión de Flash 9), y extrae el zip a donde normalmente pongas tus APIs. A continuación, añade un classpath que apunte a la carpeta \Source\ del zip. Alternativamente, podrías simplemente extraer el contenido de la carpeta \Source\ al mismo directorio que tu clase Main.

¡Genial! Eso fue fácil. Empecemos a usar Box2D.


Paso 2: Todo un nuevo b2World

"Si quieres hacer una tarta de manzana desde cero, primero debes crear el universo", escribió Carl Sagan; si queremos hacer unos objetos de física, solo tenemos que crear un mundo.

En Box2D, un mundo no es un planeta o un ecosistema; es solo el nombre que recibe el objeto que gestiona la simulación física general. También establece la fuerza de la gravedad, no solo la rapidez con la que los objetos se aceleran, sino también en qué dirección caen.

Crearemos un vector para establecer la gravedad antes de crear el mundo en sí:

Un b2Vec2 es un vector euclidiano Box2D (el segundo 2 significa 2D de nuevo, porque es posible tener un vector euclidiano 3D). Daniel Sidhion escribió un excelente tutorial explicando lo que son los vectores euclidianos (no tienen nada que ver con la clase Vector en AS3), así que échale un vistazo si no estás seguro. Pero brevemente, piensa en un vector euclidiano como una flecha:

Esta flecha muestra b2Vec2(4, 9); apunta hacia abajo y hacia la derecha. Nuestro vector de gravedad, entonces, apuntará directamente hacia abajo. Cuanto más larga sea la flecha, más fuerte será la gravedad, así que más adelante en el tutorial podrías intentar cambiar el vector de gravedad a b2Vec(0, 2) para simular una gravedad mucho más débil, muy parecida a la de la Luna.

Ahora crearemos el propio mundo:

El segundo parámetro que pasamos a b2World() indica que puede dejar de simular los objetos que ya no necesita simular, lo que ayuda a acelerar la simulación pero es completamente irrelevante para nosotros en este momento.

Ejecuta el SWF para comprobar que no hay errores. Sin embargo, todavía no podrás ver nada. ¡El mundo está completamente vacío!


Paso 3: Reinventar la rueda

Vamos a crear un objeto circular simple; éste podría representar una roca, una pelota de baloncesto o una patata, pero voy a verlo como una rueda.

Me encantaría decir que hacer esto es tan sencillo como:

...pero eso sería una gran mentira. Lo que pasa con Box2D es que, aparentemente, las cosas más sencillas pueden requerir un poco de código para solucionarse. Esta complejidad extra es muy útil para hacer trabajos avanzados, pero nos estorba un poco para cosas sencillas como lo que estamos tratando de hacer en este momento. Voy a repasar rápidamente lo que necesitamos para hacer esta rueda; podemos examinarla con más detalle en posteriores tutoriales.

Para crear un único "objeto físico", es decir, un objeto con una forma y una masa que Box2D pueda simular dentro de un mundo, debemos construirlo utilizando cinco clases diferentes:

  • Una definición del cuerpo, que es como una plantilla para crear...
  • Un cuerpo, que tiene una masa y una posición, pero no tiene...
  • Una forma, que puede ser tan simple como un círculo, que debe conectarse a un cuerpo mediante...
  • Un accesorio, que se crea utilizando...
  • Una definición de accesorio que es otra plantilla, como la definición del cuerpo.

Uf. Esto es lo que parece en código:

El argumento que pasamos a b2CircleShape() especifica el radio del círculo. Todo lo demás debería tener sentido en base a la lista anterior, incluso si el razonamiento detrás de esta estructura no tiene sentido.

Ten en cuenta que nunca escribimos new b2Body() o new b2Fixture(); el mundo se utiliza para crear el cuerpo desde la definición del cuerpo, y el cuerpo se utiliza para crear el fixture desde la definición del fixture. Esto significa que el mundo conoce todos los cuerpos que se crean dentro de él, y el cuerpo conoce todos los accesorios que se crean que conectan las formas a él.

El objeto físico real que hemos creado es el wheelBody; todo lo demás es solo parte de una receta para formar ese único objeto. Así que, para comprobar que hemos tenido éxito, vamos a ver si el wheelBody existe:

Resultado:

 Bueno.


Paso 4: Mueve tu cuerpo

¿Sabes a qué me refiero cuando hablo del "bucle del juego" y del "tic"? Si no es así, ve a leer ahora mismo mi breve artículo, Entender el bucle del juego, porque es realmente importante para lo que estamos haciendo.

El objeto mundo de Box2D tiene un método, Step(), que dirige la simulación. Se especifica un periodo de tiempo minúsculo (una fracción de segundo), y Step() simula el movimiento y las colisiones de cada objeto del mundo; una vez que la función se ha ejecutado, todos los objetos cuerpo se habrán actualizado con sus nuevas posiciones.

Veamos esto en acción. En lugar de trazar el wheelBody, trazaremos su posición. Luego, ejecutaremos b2World.Step(), y trazaremos la posición de la rueda de nuevo:

(El método GetPosition() de un cuerpo devuelve un b2Vec2, por lo que necesitamos rastrear las propiedades individuales x e y en lugar de simplemente llamar a trace(wheelBody.GetPosition()).

El primer parámetro que pasamos a Step() es el número de segundos que hay que simular que pasan en el mundo de Box2D. Los otros dos parámetros especifican la precisión que Box2D debe utilizar en todos los cálculos matemáticos que utiliza para simular el paso del tiempo. No te preocupes por estos ahora; solo debes saber que los números más grandes podrían hacer que Box2D tome más tiempo para simular el mundo, si los estableces demasiado altos, podría incluso tomar más de 0.025 segundos para ejecutar Step(), ¡así que estaríamos desincronizándonos con el mundo real!

Prueba el SWF, y mira tu ventana de salida:

Eso es un poco deprimente. La rueda no se ha movido en absoluto... y sin embargo, el mundo tiene gravedad, así que uno pensaría que habría caído un poco. ¿Qué está pasando?


Paso 5: Ser dinámico

Por defecto, todos los cuerpos de Box2D son estáticos, es decir, no se mueven. Piensa en las plataformas reales de un juego de plataformas; son objetos sólidos, pero no se ven afectados por la gravedad y no pueden ser empujados.

Necesitamos que nuestra rueda sea dinámica, para que pueda moverse. ¿Adivina cómo definimos esta propiedad del cuerpo? ¡Utilizando la definición de cuerpo, por supuesto!

Prueba el SWF ahora, y verás lo que consigues:

¡Se ha movido! ¡Qué emocionante!


Paso 6: Seguir avanzando

No podemos llamar a esto un bucle de juego todavía, porque solo se ejecuta una vez; necesitamos que se ejecute una y otra vez. Podemos hacer que esto suceda utilizando un temporizador y un oyente de eventos:

(Ten en cuenta que he dado al temporizador un período de 0,025 segundos también, para que se mantenga sincronizado con los pasos del mundo. No tienes que hacer esto, de hecho, si haces que los dos periodos sean diferentes, puedes conseguir algunos efectos realmente interesantes relacionados con el tiempo, como la cámara lenta).

Pero, oops, ese código no funcionará; necesitamos que wheelBody sea accesible en la función onTick(). Ya que estamos, podríamos hacer que el temporizador sea accesible en todas partes, también:

Nota que las líneas 14 y 20, arriba, han cambiado, ahora que el cuerpo de la rueda y el temporizador están definidos en otra parte.

Pruébalo ahora:

¡Hurra, está cayendo para siempre! Vale, ya está bien de analizar los números; hagamos algo visual.


Paso 7: ¡Dibuja!

Tenemos todas estas coordenadas, así que ¿por qué no unir los puntos?

Reemplaza los trazos con el código para dibujar una línea desde la antigua posición de la rueda hasta la nueva:

Para poder ver la línea, tendremos que establecer su lineStyle:

Ahora ejecuta el SWF. Verás una línea roja que se acelera por el borde izquierdo. He añadido algún truco a mi SWF que significa que no hará nada hasta que hagas clic en él, así que puedes comprobarlo a continuación:

¡Genial! Entonces, la rueda está en caída libre, y se acelera debido a la gravedad, como debe ser. Deberíamos dejar su velocidad vertical tranquila para que la gravedad pueda hacer su trabajo, pero podemos alterar manualmente su velocidad horizontal inicial para hacer la forma de la línea un poco más interesante:

Recuerda que un b2Vec2 se parece a una flecha, por lo que, en este caso, la velocidad inicial va a parecer una flecha que apunta directamente a la derecha, como si acabáramos de dispararla con un cañón desde lo alto de un acantilado. Nuestro mundo no tiene resistencia al aire (¡porque no hay aire!), así que no hay absolutamente nada que lo frene, aunque, gracias a la gravedad, se está acelerando verticalmente.

Suena confuso, pero debería estar claro una vez que ejecutes el SWF:

Acabamos de dibujar inadvertidamente una parábola. Así que... eso está bien, ¿supongo?


Paso 9: La ilusión del movimiento

Vale, vale, puede que no te emocione tanto como a mí ver una línea roja curvada. Si vamos a simular un mundo, debemos hacer que los objetos parezcan, bueno, objetos, ¿no? Así, en lugar de ver una línea que traza la posición de la rueda en el espacio, debemos hacer que parezca que la rueda se mueve realmente en el espacio.

Podemos hacerlo dibujando y borrando repetidamente un círculo, centrado en la ubicación de la rueda:

Tenemos que especificar el estilo de la línea en onTick() ahora, porque graphics.clear() lo resetea, además de borrar todos los gráficos de la pantalla. Fíjate que he puesto el radio del círculo en 5, que es el mismo que el radio del circleShape que creamos antes.

Prueba este SWF:

Creo que es bastante obvio cuál debe ser el siguiente paso...


Paso 10: Conexión a tierra

Este mundo infinito de la nada no se presta a muchas situaciones emocionantes. Claro que podríamos añadir nuevas ruedas, pero sin suelo ni paredes, nunca harían nada interesante.

Crearemos algunos objetos sólidos con los que la rueda pueda colisionar, empezando por un gran trozo de suelo plano. Para ello, utilizaremos un rectángulo.

¿Recuerdas los objetos que necesitamos para crear un cuerpo?

  • Una definición del cuerpo, que es como una plantilla para crear...
  • Un cuerpo, que tiene una masa y una posición, pero no tiene...
  • Una forma, que puede ser tan simple como un círculo, que debe conectarse a un cuerpo mediante...
  • Un accesorio, que se crea utilizando...
  • Una definición de accesorio que es otra plantilla, como la definición del cuerpo.

Ya sabes cómo hacer esto para un cuerpo circular; ahora tenemos que hacer uno rectangular:

Es prácticamente lo mismo, excepto que, mientras que en la creación de un cuerpo circular pasamos el radio deseado al constructor b2CircleShape(), aquí debemos pasar el ancho y el alto deseados del rectángulo a la función b2PolygonShape.SetAsBox(). (En realidad, pasamos la mitad de ancho y la mitad de alto deseados, por lo que la caja será el doble de ancho que el escenario y dos píxeles de alto, pero eso está bien). Recuerda que todos los cuerpos son estáticos por defecto, así que no tenemos que preocuparnos de que el suelo se caiga. Necesitarás importar Box2D.Collision.Shapes.b2PolygonShape para que esto funcione.

Por defecto, cualquier forma nueva se creará en (0, 0), así que tenemos que especificar que el suelo debe ser creado en la parte inferior del escenario. Podríamos alterar manualmente la posición del cuerpo del suelo una vez creado, al igual que alteramos manualmente la velocidad del cuerpo de la rueda, pero es más ordenado si establecemos la posición como parte de la definición del cuerpo del suelo:

Asegúrate de establecer esto antes de pasar la definición del cuerpo a world.CreateBody(), o los cambios serán ignorados.

Ahora prueba el SWF:

No podemos ver el suelo porque no lo hemos dibujado, pero Box2D lo simula, así que vemos su efecto: la rueda choca con él y rueda hacia un lado.


Paso 11: Establecer algunos límites

Vamos a añadir más ruedas en el siguiente paso, pero primero, vamos a hacer de esto un espacio completamente cerrado, con un suelo, un techo y dos paredes.

Me gustaría que lo intentaras tú mismo; crea otros tres cuerpos rectangulares de los tamaños adecuados y en las posiciones correctas. Lo más fácil será empezar por el de la derecha, ya que la rueda va a colisionar con él. Para probar las otras, juega con la velocidad inicial.

Tendrás que cambiar la posición inicial de la rueda, o se superpondrá a la pared izquierda y al techo cuando se creen. Puedes hacerlo de la misma manera que estableces la posición de los objetos rectangulares, a través del método position.Set() de la definición del cuerpo.

Buena suerte. Si te quedas atascado, echa un vistazo a mi código de abajo:

Y el resultado:

Buen trabajo.


Paso 12: Crear un array

Ahora estamos listos para añadir más cuerpos, juntarlos y ver qué pasa.

Podríamos crearlos todos invidualmente, como hice con los rectángulos, pero sería más ordenado usar un array para mantenerlos todos, y una sola función para crearlos.

Así que, primero, vamos a crear ese array, con un único elemento: la rueda existente.

Si esto funciona, tu SWF actuará exactamente igual que antes.


Paso 13: Añadir una rueda más

Para probarlo correctamente, podemos añadir una rueda más, ¡solo una por ahora! Copia y pega el código para crear la rueda y cambia partes del mismo para que las ruedas no sean exactamente iguales:

Recibirás un montón de advertencias sobre las definiciones de variables duplicadas, pero aún así debería compilar, dependiendo de tu configuración:

La primera rueda cae directamente hacia abajo, sin una velocidad lateral inicial. Esto tiene mucho sentido cuando miras el código; estamos llamando a wheelBody.SetLinearVelocity() en el lugar equivocado. Muévela hacia arriba:

¡Bien! Eso está funcionando bien. Podemos envolver todo ese código de creación de la rueda en una función, ahora.


Paso 14: Generador de ruedas

Para crear esta función de generación de ruedas, básicamente puedes copiar y pegar todo el código que hemos estado usando. Aquí está el mío:

He añadido algunos parámetros para que podamos especificar las propiedades personalizables de las ruedas. Mientras estamos en ello, sugiero que movamos todo el código de creación de límites a una función separada, solo para mantener las cosas ordenadas:

Ahora podemos reescribir toda la función getStarted() así:

¡Pruébalo! De nuevo, el SWF debería actuar igual que antes.


Paso 15: Ruedas automáticas

Ahora que hemos simplificado la generación de ruedas, podemos hacer muchas sin mucha dificultad ni desorden:

Esto creará veinte ruedas, cada una con un radio entre 0 y 10, una posición entre (10, 10) y (stageWidth-10, stageHeight-10), y una velocidad horizontal entre -50 y +50. ¡Pruébalo!

Casi funciona, pero algo va mal. Averigüemos qué está pasando.


Paso 16: Spoiler - Es el radio

Mira esta imagen de cuando ejecuté el SWF:

Algunas de las ruedas están hundidas en el suelo o en la pared, y otras se superponen unas a otras. Es realmente extraño. Y en una nota relacionada, ¿no hemos configurado los radios de las ruedas para que estén entre 0 y 10? ¿Por qué son todos iguales?

Como habrás deducido, son iguales porque hemos codificado el radio del círculo a dibujar en la función del manejador del evento onTick(). Oops.

Desgraciadamente no podemos usar wheelBody.radius para encontrar el radio de la rueda; recuerda que el cuerpo no tiene una forma, sino que está conectado a una forma a través de un fixture. Para encontrar el radio, entonces, tenemos que hacer algo como esto:

Afortunadamente podemos simplificar esto a (wheelBody.GetFixtureList().GetShape() as b2CircleShape).GetRadius(); usemos esto en onTick():

¿Cómo es eso?

¡Ah, mucho mejor!


Paso 17: Diviértete un poco

La simulación es un poco aburrida por el momento; las ruedas solo ruedan un poco y luego se detienen. Aburrido. Vamos a animar un poco las cosas cambiando las ruedas de metal por neumáticos de goma llenos de aire.

Para ello, podemos utilizar una propiedad llamada coeficiente de restitución. El coeficiente de restitución de un objeto muestra cuánto rebotará después de colisionar con otro objeto. Normalmente, toma un valor entre 0 y 1, donde 0 significa que se detiene en cuanto toca otro objeto, y 1 significa que rebota sin perder energía.

Por defecto, todos los cuerpos de Box2D tienen un coeficiente de restitución de 0; vamos a animar las cosas poniéndolo un poco más alto:

Esto establecerá el coeficiente de restitución de cada rueda a un valor aleatorio entre 0,5 y 1. Considera que esta es una propiedad de la definición de la fijación, en lugar de la forma o la definición del cuerpo.

Vamos a ver qué pasa:

Eso es más bien. ¿Qué más podemos poner?


Paso 18: Otras propiedades

También podemos establecer la fricción (lo áspera o lisa que es la superficie exterior; una rueda de acero pulido tendrá menos fricción que una de piedra áspera) y la densidad (lo que pesaría el cuerpo en comparación con otro del mismo tamaño y forma; la piedra es más densa que la madera).

El coeficiente de fricción debe estar entre 0 y 1, donde 0 significa extremadamente suave y 1 extremadamente áspero, y es 0,2 por defecto. La densidad puede ser cualquier valor que desee, y es 1 por defecto. (Bueno, para los cuerpos estáticos, es 0, pero realmente no importa para ellos ya que no se mueven de todos modos).

Juguemos con estos valores y veamos qué pasa:

El resultado:

Todo bien. Siéntete libre de añadir parámetros para la restitución, la fricción y la densidad a la función createWheel() si quieres un poco más de control.

Sin embargo, hay algo que me molesta...


Paso 19: Pesado, hombre

...¿Por qué todo se siente tan flotante?

En serio, es como si el mundo entero se moviera por melaza. Pero no hay resistencia del aire, y mucho menos de la melaza; la gravedad está a un nivel razonable; y el paso de tiempo se ajusta a la duración del temporizador... ¿cuál es el problema?

Si eres un científico, probablemente habrás notado que no he mencionado ninguna unidad en todo el tutorial. El radio de la primera rueda era simplemente "5", no "5 pulgadas" o lo que sea. Solo hemos trabajado en píxeles. Pero Box2D es un motor de física, por lo que utiliza unidades físicas reales. Esa rueda tenía un radio de cinco metros, no cinco píxeles; eso es aproximadamente dieciséis pies, no muy lejos de la altura de una casa media. La mayoría de las ruedas no tienen esa altura, aunque hay excepciones, como muestra esta foto de Flickr de Monochrome:

Incluso así, los neumáticos de esa foto tienen un radio de unos 2,5 metros; normalmente esperaríamos que el radio de una rueda estuviera entre unos pocos centímetros y medio metro. Esto significa que todos los objetos de Box2D que hemos creado son mucho más grandes de lo que aparecen en la pantalla y, como sabe cualquiera que haya visto "Honey I Shrunk The Kids", los objetos más grandes se mueven a cámara lenta.

Así, podemos conseguir una simulación mucho menos flotante cambiando el radio de las ruedas que creamos:

El SWF resultante parece mucho más realista, pero al mismo tiempo, las ruedas están dibujadas tan pequeñas que parece que las estamos viendo a media milla de distancia:

Hay un truco común que los desarrolladores de Box2D utilizan aquí...


Paso 20: Establecer el factor de escala

Recapitulando: Box2D utiliza metros, pero Flash utiliza píxeles. Por lo tanto, una rueda de 0,5 metros de radio se dibuja como un círculo diminuto, de poco más de un píxel de ancho.

Al leerlo así, quizá la solución parezca obvia: hay que escalar la conversión entre metros y píxeles, de modo que un metro se dibuje como, digamos, 20 píxeles.

Modifica la llamada graphics.drawCircle() en onTick() para reflejar este nuevo factor de escala:

¿Funciona?

Um, no. Volvemos a la flotación, además las ruedas ya no chocan entre sí.

Ah, pero, esto es engañoso. Las representaciones gráficas de las ruedas parecen estar superpuestas, pero en realidad no lo están. Verás, no podemos usar este factor de escala solo para los radios de las ruedas y dejarlo así; tenemos que usarlo para todas las longitudes y distancias, y eso incluye las posiciones x e y de las ruedas. Así que, prueba esto:

En realidad, espera... vamos a utilizar una variable pública en lugar de codificar el número 20:

Prueba el SWF ahora, y... hmm. Solo un lienzo en blanco. Veamos qué pasa bajo el capó:

Resultado:

¡Vaya! Esos números son demasiado grandes. Pero tiene sentido: son 20 veces más grandes que antes.

Piensa en el momento en que creamos las ruedas, y en concreto, cuando fijamos sus posiciones iniciales:

Mi escenario es de 500x400px. Cuando no utilizaba un factor de escala, la posición x de una nueva rueda podía estar entre 10px y 490px de la izquierda del escenario. Esto equivalía a estar entre 10 metros y 490 metros de la izquierda del escenario, porque cada metro se representaba como un solo píxel de longitud. Pero ahora, cada metro está representado por veinte píxeles, por lo que la posición x de una nueva rueda podría estar entre 200px y 9800px desde la izquierda del escenario. No es de extrañar que no veamos ninguna.

Para solucionar esto, utilizaremos el factor de escala en el código que crea una nueva rueda:

¿Te parece lógico que lo dividamos, en lugar de multiplicarlo? Recuerda que Box2D utiliza metros, Flash utiliza píxeles, y nuestro factor de escala está en píxeles/metro.

Prueba el SWF ahora:

Mucho mejor... pero la pared derecha y el suelo parecen haber desaparecido.

...¿Ya has adivinado lo que está pasando?

Es porque, de nuevo, las distancias están especificadas en metros, y no hemos aplicado el factor de escala. Así que en lugar de que la pared derecha esté a 500px del borde izquierdo, son 500 metros, o 10.000px. De nuevo, tenemos que dividir nuestras distancias por el factor de escala para tenerlo en cuenta.

Si escribiste este código tú mismo, estoy seguro de que puedes averiguar cómo modificarlo tú mismo :) Si no, aquí está el mío:

Pruébalo ahora:

¡Excelente! Y como el factor de escala está codificado de forma suave, podrías intentar aumentarlo:


Conclusión:

¡Enhorabuena! Si has seguido hasta aquí, entonces entiendes los conceptos básicos más importantes de Box2D. (Si no has seguido hasta aquí, publica un comentario explicando dónde te has quedado atascado, y te ayudaré). De acuerdo, el SWF final puede no parecer gran cosa, pero no te engañes; te has dado un excelente marco para lo que aprenderás a continuación.

Hablando de lo que sigue... ¿qué quieres aprender? Tengo un montón de ideas, y estoy feliz de continuar esta serie en cualquier dirección que me gustaría explorar, pero sería genial saber lo que piensas. ¿Quieres hacer un puzzle de física? ¿Un juego de plataformas? ¿Un juego de carreras de desplazamiento lateral? ¿Hay algún concepto básico en el que te gustaría centrarte, como la creación de juntas?

El próximo tutorial de esta serie tratará sobre el renderizado de objetos usando otros métodos distintos a los métodos de dibujo incorporados, en particular veremos el uso de DisplayObjects, ya sea dibujados a través de Flash o importados como Bitmaps. También crearemos algunas cajas reales, porque es bastante raro haber hecho todo un tutorial de Box2D sin ninguna.


Puedes votar las ideas de los tutoriales a través de nuestra página del Moderador de Google en http://bit.ly/Box2DFlashTutorialIdeas, o presentar una nueva, si a nadie se le ha ocurrido todavía. ¡Estamos deseando ver lo que propones!

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