[发明专利]基于顶点分布特征数字化三维模型的水印嵌入和检测方法

说明书

技术领域

本发明涉及多媒体信息安全技术领域，尤其涉及一种基于顶点分布特征数字化三维模型的水印嵌入和检测方法。

背景技术

目前，国家越来越重视对知识产权的保护，知识产权不仅仅是有形的物品才具有，采用计算机等各种数字设备所创造出来的图形、图像、文本、音频和视频等数字媒体同样具有知识产权，同样应该受到保护。现代数字水印技术的概念始于1993年，并首先被用于图像的版权保护。随后，越来越多的研究人员开始关注这一技术，目前，数字水印技术是信息安全领域研究的一个前沿方向。然而，目前已有的数字水印技术多集中于图像、文本、音频和视频，对于三维模型数字水印技术的研究却较少。随着计算机网络和协同工作技术的发展，通过网络进行产品的协同设计已经开始流行，三维模型在网上的发布和传输也越来越多，目前已经出现了很多提供三维模型下载的网站，未来也将出现专门提供三维数字产品设计的企业，到时用户所购买的可能不再是一个以实物形式存在的产品，而是由点、线、面等数据构成的虚拟产品，因此，迫切需要使用三维模型数字水印技术维护三维模型版权所有者的合法权益。

三维模型数字水印技术分为水印嵌入技术和水印检测技术两个方面：

(1)水印嵌入技术是在发布一个三维模型前，将版权信息作为数字水印信息嵌入到三维模型中，然后该三维模型即可发布；

(2)水印检测是在三维模型发生版权纠纷时进行，分为水印提取和水印验证两个步骤，水印提取从三维模型中提取出数字水印信息，水印验证则是将提取出来的数字水印与版权主张者提供的数字水印信息进行比较，从而确定三维模型的版权归属。

由于一个三维模型可能遭遇无意的操作或恶意的攻击，因此要求用于版权保护的数字水印技术对三维模型的各类操作要具有尽可能高的鲁棒性。鲁棒性是对数字水印技术对抗各类操作和攻击的能力进行衡量的一种尺度，鲁棒性越高，表明数字水印技术对抗各类操作和攻击的能力越强，从被攻击的三维模型中提取出的数字水印就越准确；反之，鲁棒性越低，表明数字水印技术对抗各类操作和攻击的能力越弱，从被攻击的三维模型中提取出的数字水印的准确率就越低。

已有的三维模型数字水印包括以下方法：

运用平面采样方法建立三维模型的二维采样矩阵，在运用SVD分解得到矩阵的奇异值中嵌入和提取水印，仅能够抵抗几何变换和一定强度的噪声与剪切攻击；

将三维模型仿射变换到一个几何不变空间，根据顶点邻域内顶点位置的平均差值建立掩蔽因子，通过直接修改顶点坐标嵌入水印，对单一类型攻击具有较好的鲁棒性，但其仿射变换方法易受简化、剪切等攻击影响，因此无法抵抗联合攻击；

提取三维模型特征通过样本学习来选择顶点和数据进行水印嵌入，能够抵抗噪声、剪切和平滑攻击，但鲁棒性较低；

根据三维模型的柱面坐标将模型转换为二维矩阵，在矩阵元素值中嵌入水印，能够抵抗几何变换、简化、噪声和量化攻击；

建立三维模型的拉普拉斯矩阵，利用尺度函数设计了一种新的线性运算取代频域分析方法对矩阵进行分解，在得到的向量中嵌入水印，该算法目的在于降低频域水印方法的计算量，鲁棒性不强，仅能抵抗仿射变换和噪声攻击。因此，目前单一的三维模型数字水印技术抵抗攻击的种类较少，对平移、旋转、缩放、顶点乱序、噪声、简化、剪切、量化、平滑和细分这些常见的攻击都无法全部抵抗，并且鲁棒性较低、无法有效抵抗联合攻击，从而无法真正实现对三维模型的版权保护。

针对上述问题，有必要提供一种新的基于顶点分布特征数字化三维模型的水印嵌入和检测方法。

发明内容

针对目前单一三维模型数字水印技术抵抗攻击种类较少、对平移、旋转、缩放、顶点乱序、噪声、简化、剪切、量化、平滑和细分这些常见攻击都无法全部抵抗，并且鲁棒性不高，无法有效抵抗联合攻击，从而无法有效保护三维模型版权的问题，本发明提供一种新的基于顶点分布特征数字化三维模型的水印嵌入和检测方法，该方法不仅能抵抗三维模型全部常见的攻击如平移、旋转、缩放、顶点乱序、噪声、简化、剪切、量化、平滑和细分，并且具有较高的鲁棒性，同时对联合攻击也有较好的抵抗能力，从而达到有效保护三维模型版权的目的。

为了实现上述目的，本发明实施例提供的技术方案如下：

一种基于顶点分布特征数字化三维模型的水印嵌入方法，所述方法包括：

S11、对三维模型进行预处理，平移三维模型，使三维模型中心与三维笛卡尔坐标系的原点重合，并将三维模型顶点的笛卡尔坐标(x，y，z)转化为球面坐标