基於虛擬圖形水印的三維網格數據保護方法
2023-04-28 09:39:01
基於虛擬圖形水印的三維網格數據保護方法
【專利摘要】基於虛擬圖形水印的三維網格數據保護方法，包括設計一個具有標識意義的虛擬數字水印圖形標識、虛擬網格切面圖形水印特徵點的嵌入策略設計、三維網格數據虛擬圖形水印的嵌入、三維網格數據虛擬圖形水印的檢測等步驟。通過設計一個特定的虛擬圖形切面組作為圖形水印標識，嵌入到三維網格數據中，實現了小容量嵌入數據表示大容量水印問題，提高算法的魯棒性，減少了精度誤差；同時圖形指紋檢測方法簡單有效，是一種全新的三維網格數據保護方法。
【專利說明】基於虛擬圖形水印的三維網格數據保護方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及基於虛擬圖形水印的三維網格數據保護方法。
【背景技術】
[0002]隨著數字多媒體技術與網絡的迅速普及，包括圖像、視頻、音頻在內的數字媒體信息的傳播和交流日益頻繁。網絡的普及在方便信息交流的同時，也為盜版者非法佔有和傳播數字製品提供了方便，多媒體數字製品的產權保護問題在這樣的背景下日漸突出。而對於三維模型這種包含了設計人員智慧和汗水的媒體數據而言，對其的版權保護顯得尤為重要。數字水印作為信息隱藏的一種重要技術，為實現多媒體產品的版權保護提供了新的手段，成為信息安全領域的研究熱點。
[0003]數字水印是一種將特定的、可識別模型歸屬的信息隱藏於媒體信息中的技術。它是一種新興的多媒體信息保護技術，是對傳統加密技術的有效補充手段。傳統的加密方法一直被認為是通信研究應用領域中主要的信息安全手段而受到極大重視。近年來人們逐步認識到其對多媒體內容的保護和完整性認證具有一定的局限性。首先，加密方法只用在通信的信道中，密文數據因其不可理解性妨礙多媒體信息的傳播。其次，多媒體信息經過加密後容易引起攻擊者的好奇和注意，並有被破解的可能。而一旦被破解後，其內容完全透明，版權所有者就失去了對盜版的控制權。另外，密碼學中的完整性認證是通過數字籤名方式實現的，它並不是直接嵌入到多媒體信息中，因此無法察覺加密之後的信息在傳播過程中內容被改變。
[0004]在三維模型應用領域存在著大量諸如版權保護、侵權檢測等問題需要解決。越來越多的三維數字產品在網際網路上的傳播，對於那些在虛擬網絡中提交或出售三維數字產品的公司或版權所有人來說也將同樣面臨一些與版權相關的問題。他們迫切需要一種能夠阻止未經授權而非法使用他們的數字產品的方法，而只允許被授權的用戶對三維數字產品進行複製、修改和再創造。
[0005]基於3D模型的複雜性和特殊性，通過對3D多邊形網格數據中嵌入數字水印，可以對3D模型和其他三維產品進行有效的保護。另外，基於Internet的交互式協同設計也需考慮對外與對內兩類安全性問題，「對外」指數據存放於伺服器上時，以及數據在傳輸過程中的安全性，這是所有網絡應用的共同問題。「對內」指參加協同設計的人員之間的保密問題，由於基於Internet的三維模型生產設計打破了設計主體在地域和企業上的限制，一個產品的設計往往由多個企業參加，而今日的合作夥伴很可能是明日的競爭對手，這使得人們會擔心他人將自己的設計成果留作它用。雖然運用產品數據管理系統對不同的設計人員設置不同的權限可以使各設計人員只能獲得他必需的數據，從而將數據的外洩減到最少，但畢竟仍有許多場合設計人員必須向合作夥伴遞交完整的設計數據。網絡環境下三維幾何模型數字水印技術及算法研究技術正是解決這一問題的理想途徑，將版權資訊、特殊工藝信息和獨有的智慧財產權信息等作為數字水印嵌入設計數據後，在他人未經許可使用這些數據時可以以水印為證追究其侵權責任，這一領域已逐漸成為數字水印應用研究的新熱點。
【發明內容】
[0006]本發明要克服現有技術不能事先阻止未經許可的使用數字產品的行為的不足，提供一種基於虛擬圖形水印的三維網格數據保護方法。
[0007]本發明解決其技術問題所採用的技術方案是:
[0008]基於虛擬圖形水印的三維網格數據保護方法，所述虛擬圖形水印的三維網格數據保護方法包括以下步驟:
[0009](I)、設計一個具有標識意義的虛擬數字水印圖形標識
[0010](1.1)、確定一個基於三維網格數據包圍盒的網格切面基準方向，其主要的標識特徵為虛擬網格切面方向矢量V (vx，vy，vz);
[0011](1.2)、定義基於一組圖形水印信息嵌入虛擬網格切面Vi (vx, vy, vz);
[0012](1.3)、以三維網格質心為基準，確定的起始位置與虛擬網格切面的間距λ(O ≤ λ Ai (O ≤ λρΟ ≤ i ≤η);s
[0013](1.4)、針對虛擬網格切面方向矢量V (vx, vy, νζ)和間距λ這二個變量，設計具有標識意義的特定數字 圖形指紋編碼；
[0014](1.5)、此虛擬網格切面覆蓋三維網格數字全圖，也可以η組虛擬網格切面(方向矢量Vi (O < i < η)重疊覆蓋，隨著η的增大，圖形指紋的魯棒性越強；
[0015](1.6)、為防止剪切，需要設計一個合適的網格切面間距λ (O- λ)；
[0016]( 2 )、虛擬網格切面圖形水印特徵點的嵌入策略設計
[0017]虛擬網格切面圖形水印特徵點的嵌入設計關係到水印算法的魯棒性，擬採用如下特徵點嵌入策略:
[0018](2.1)、當網格切面與空間線段相交，且交點與線段的端點重合時，那麼就不需要做任何的處理，直接使用端點；
[0019](2.2)、當網格切面與空間線段相交，但交點與端點非常接近(小於一個限定的誤差值d)時，如圖三所示，那麼就刪除原來最近的端點，以新的交點代替端點；
[0020]( 3 )、三維網格數據虛擬圖形水印的嵌入方法
[0021]對三維網格數據中的每個三角形面片與虛擬網格切面求解虛擬網格圖形水印特徵點，並依據三維網格數據構建的邊——三角形面片的拓撲關係,依次搜索與虛擬網格切面存在圖形水印特徵點的三角形面片，對存在的相關圖形水印特徵點，根據算法思想的特徵點嵌入策略，把相關圖形水印特徵點插入到三維網格數據中，並局部重組三角形面片，具體方法步驟如下:
[0022](3.1)、根據三維網格數據先生成網格數據包圍盒作為水虛擬圖形水印嵌入的基準方向；
[0023](3.2)、根據三維網格數據計算三維網格模型的質心坐標，為虛擬圖形水印嵌入的起始定位坐標；
[0024](3.3)、為減少三角形面片的搜索量，提高算法效率，對三維網格圖形數據，構建邊一三角形面片的拓撲關係；
[0025](3.4)、若三角形面片不與平面平行，將存在交點。對三角形的三條邊分別進行求交計算，只要平面不與三角形頂點相交，則其中必定與兩條邊有交點，此交點即是定義中的嵌入水印特徵點；
[0026](3.5)、已知三角形一邊的直線L過點m (xm, ym, zm),且方向向量為n (xn, yn, zn),平面P過點P (xp，yp，zp),且法線方向向量為Vp (vpx, vpy, vpz),求得直線與平面的交點O的坐標(X。，y。，z0)。
[0027](3.6)、將直線方程寫成參數方程形式，即有:
【權利要求】
1.基於虛擬圖形水印的三維網格數據保護方法，所述虛擬圖形水印的三維網格數據保護方法包括以下步驟: (1)、設計一個具有標識意義的虛擬數字水印圖形標識 (1.1)、確定一個基於三維網格數據包圍盒的網格切面基準方向，其主要的標識特徵為虛擬網格切面方向矢量V (vx，vy，Vz); (1.2)、定義基於一組圖形水印信息嵌入虛擬網格切面Vi (vx, vy, vz); (1.3)、以三維網格質心為基準，確定的起始位置與虛擬網格切面的間距λ (O≤ λ) (OS λ j, O i η); (1.4)、針對虛擬網格切面方向矢量V (vx, vy, νζ)和間距λ這二個變量,設計具有標識意義的特定數字圖形指紋編碼； (1.5)、此虛擬網格切面覆蓋三維網格數字全圖，也可以η組虛擬網格切面(方向矢量Vi (O≤i ≤n)重疊覆蓋，隨著η的增大，圖形指紋的魯棒性越強； (1.6)、為防止剪切，需要設計一個合適的網格切面間距λ (O≤ λ)； (2)、虛擬網格切面圖形水印特徵點的嵌入策略設計 虛擬網格切面圖形水印特徵點的嵌入設計關係到水印算法的魯棒性，擬採用如下特徵點嵌入策略: (2.1)、當網格切面與空間線段相交，且交點與線段的端點重合時，那麼就不需要做任何的處理，直接使用端點； (2.2)、當網格切面與空間線段相交，但交點與端點非常接近(小於一個限定的誤差值d)時，如圖三所示，那麼就刪除原來最近的端點，以新的交點代替端點； (3 )、三維網格數據虛擬圖形水印的嵌入方法 對三維網格數據中的每個三角形面片與虛擬網格切面求解虛擬網格圖形水印特徵點，並依據三維網格數據構建的邊一三角形面片的拓撲關係，依次搜索與虛擬網格切面存在圖形水印特徵點的三角形面片，對存在的相關圖形水印特徵點，根據算法思想的特徵點嵌入策略，把相關圖形水印特徵點插入到三維網格數據中，並局部重組三角形面片，具體方法步驟如下: (3.1)、根據三維網格數據先生成網格數據包圍盒作為水虛擬圖形水印嵌入的基準方向； (3.2)、根據三維網格數據計算三維網格模型的質心坐標，為虛擬圖形水印嵌入的起始定位坐標； (3.3)、為減少三角形面片的搜索量，提高算法效率，對三維網格圖形數據，構建邊——三角形面片的拓撲關係； (3.4)、若三角形面片不與平面平行，將存在交點。對三角形的三條邊分別進行求交計算，只要平面不與三角形頂點相交，則其中必定與兩條邊有交點，此交點即是定義中的嵌入水印特徵點； (3.5)、已知三角形一邊的直線L過點m (xm, ym, zm),且方向向量為n (xn, yn, ζη),平面P過點P (xp，yp，zp),且法線方向向量為Vp (vpx, vpy, vpz),求得直線與平面的交點O的坐標(x0, Y0.z0)。 (3.6)、將直線方程寫成參數方程形式，即有:
【文檔編號】G06T1/00GK103440614SQ201310401136
【公開日】2013年12月11日 申請日期:2013年9月5日 優先權日:2013年2月5日
【發明者】朱文忠, 楊曦, 葉陽, 張旭東, 葉露涵, 朱龍澤 申請人:浙江工業大學