[发明专利]基于Octree编码的三维网格数字盲水印方法

说明书

技术领域

本发明属于计算机虚拟现实和计算机图形学技术领域，具体地说是一种利用三维模型Octree编码来进行水印嵌入和提取的方法，用于三维数字作品的版权保护。

背景技术

随着数据存储和发布技术的发展和多样化，越来越多的数字作品被应用到各种领域，数字水印技术成为版权保护的主要手段之一。在数字水印技术中，音频、视频和图像的数字水印技术已趋于成熟，而三维模型水印技术起步较晚，其距离实用化还有相当长的一段路要走。

由于三维模型的网格形式表示最为普遍，所以当前三维模型水印大多为三维网格水印。根据提取水印信息时是否需要原始模型数据，三维模型数字水印算法可以分为盲水印和非盲水印算法；根据嵌入域的不同，又可以把三维模型数字水印算法分为空域水印和频域水印算法。空域算法主要通过改变模型顶点的位置、三角网格边比例和法向量等进行水印信息的嵌入。而变换域算法则先把三维模型数据进行某种变换，可以使DCT、小波变换等，通过修改其系数嵌入水印信息，然后反变换得到嵌入水印后的模型数据。而盲水印算法是数字水印技术得以实用化的必然趋势，Cox等人详细讲述了盲水印算法的诸多优点，参见I.J.Cox，M.L.Miller，and J.A.Bloom，Digital Watermarking.Morgan Kaufman，2001.。

三维模型的数字水印技术应该有以下几种基本的特点和要求：(1)不可感知性，指原始模型和嵌有水印的模型之间的相似程度，可以用主观感觉或客观数值进行衡量。(2)有效载荷，也称作数据容量，指模型所嵌入的有效信息量。有效载荷不但与水印嵌入算法有关，还会受到调制方式的影响。(3)鲁棒性，指嵌有水印的模型经过常规信号处理或恶意攻击后能成功检测到水印的能力。水印系统的不可感知性、数据容量和鲁棒性常常相互影响，甚至是相互矛盾的，在实际应用中，需要根据具体情况进行权衡和取舍。

1997年，Ohbuchi等人提出TSQ和TVR算法，属于空域算法，可以抵抗平移、旋转和缩放攻击，但对噪声和拓扑攻击敏感，参见Ohbuchi R，Masuda H，Aono M Watermarkingthree-dimensional polygonal models[A]In：Proceedings of the ACM Multimedia’97，Seattle，Washington，1997 261～272。Benedens^[3]等人提出可以抵抗简化攻击的水印算法，使用非盲检测，参见O.Benedens，“Geometry-Based Watermarking of 3-D Polygonal Models，”IEEE ComputerGraphics and Applications，special issue on image security，vol.19，no.1，pp.46-45，Jan./Feb.1999.。Wagner等人通过改变顶点的离散法向量嵌入水印，可以抵抗平移和均匀缩放攻击，但对噪声和拓扑结构改变攻击不具有鲁棒性，参见Wagner M Robust watermarking of polygonal meshes[C]Proceedings of Geometric Modeling and Processing，Hong Kong，2000：201-208。在频域算法中，Kanai等人使用网格的小波变换嵌入水印，该算法要求模型是规则网格，且检测时需要原始模型，参见Kanai S，Date H，Kishinami T Digital watermarking for 3D polygons using multiresolutionwavelet decomposition[C]Proceedings of International Workshop on Geometric Modeling，Tokyo，1998：296-307。Cayre等人利用Laplace算子，通过网格的伪频谱分析嵌入水印，属于盲检测算法，但对拓扑改变不具鲁棒性，参见Cayre F，Rondao Alface P，Schmitt F，et al Application ofspectral decomposition to compression and watermarking of 3D triangle mesh geometry[J].SignalProcessing，2003，18(4)：309-319。Praun利用渐进网格技术和扩频调制的思想，把水印信息嵌入到模型的多个顶点中。该算法可以抵抗大多数攻击，属于非盲检测，参见Praun E，Hoppe H，Finkelstein A Robust mesh watermarking[C]Computer Graphics Proceedings，Annual ConferenceSeries，ACM SIGGRAPH，Los Angeles，1999：325-334。