[发明专利]一种用于光固化立体造型术三维模型文件的数字水印系统

权利要求书

1.一种用于光固化立体造型术三维模型文件的数字水印系统，其特征在于，包括两个部分：

第一部分：数字水印嵌入部分

水印嵌入部分具体包括以下3个主要步骤：

步骤一、水印序列冗余编码

1)代表版权信息的长度为L的水印序列表示为W＝{w₁,w₂,w₃,...,w_i,...,w_L}，其中W_i∈[0,1]，若L为奇数则在w_L之后补一位“0”；

相邻两位为一组，对水印序列W进行编码，其中“00”编码为“1”，“01”编码为“2”，“10”编码为“3”，“11”编码为“4”，得到编码后的水印序列其中W_i∈[0,4]；

2)第一次加入校验位：在水印序列W₁中的相邻重复或近邻重复数字之间加入校验位，相邻重复的情况下，首先在两位重复数字中间加入一位校验位，然后将第二位重复数字变化为其配对数字；近邻重复的情况下，首先加入一位校验位，然后重复上单元结尾数字，得到一次校验的水印序列W₂；

3)第二次加入校验位：第一次加入校验位后，完整连续的水印序列W₁被校验位分隔开，这里称两个校验位中间的数字元素集合为一个单元，且一个单元数字元素个数不超过4；

3.1在水印序列W₂中数字元素个数为2、数字元素个数为3和数字元素个数为4的单元后面分别加入不同数量的校验位；

3.2当且仅当校验位前后数字为配对数字时，首先在原始校验位之前重复插入本单元结尾数字，然后在新插入数字之后加入一位校验位，得到二次校验的水印序列W₃，此时单元与单元之间存在一个或多个校验位，单元仍然只为校验位与校验位之间的数字元素集合，且一个单元数字元素个数不超过5，无论何种情况校验位本身都不被列入单元范围内；

4)编码二进制化：将二次校验的水印序列W₃中数字元素还原为相邻两个为一组的二进制编码序列，得到含水印信息的二进制序列W₄；

步骤二:STL三维模型三角面片排序；

步骤三：冗余编码水印序列嵌入:采用对STL三维模型的三角面片的顶点进行重排序的方式，实现水印序列的嵌入，具体步骤如下：

1)比较三角面片顶点坐标值大小，确定三角面片的A、B、C顶点，其中顶点坐标值最大的顶点命名为A顶点，由于STL三维模型顶点只能沿外法向量逆时针排序，因此当确定了三角面片的A、B、C顶点后，顶点排序方式只有三种，按照逆时针方向，其余两个顶点依次命名为B顶点和C顶点；

2)对每一种排序方式编码，排序方式编码规则为：三角面片顶点顺序为A、B、C，编码为0，三角面片顶点顺序为B、C、A，编码为1，三角面片顶点顺序为C、A、B，编码为校验位；

3)通过修改三角面片序列F中每一个三角面片顶点顺序，嵌入含水印信息的二进制序列W4，得到嵌入冗余编码水印序列的STL三维模型；

第二部分：数字水印提取部分

水印提取部分具体包括以下3个主要步骤：

步骤一、STL三维模型三角面片排序；

步骤二、数字水印序列提取，具体步骤如下：

1)比较三角面片顶点坐标值大小，比较方法为先比较x坐标，x坐标相同时比较y坐标，y坐标相同时比较z坐标，其中顶点坐标值最大的顶点命名为A顶点，按照逆时针方向，其余两个顶点依次命名为B顶点和C顶点，确定三角面片的A、B、C顶点；

2)根据顶点排序提取出含水印信息的二进制序列Q₁，将二进制序列信息Q₁每相邻两位为一组进行编码，其中“00”编码为“1”、“01”编码为“2”、“10”编码为“3”、“11”编码为“4”，得到含水印信息序列Q₂；

步骤三、数字水印序列校验与修正

1)从数字本身和校验位数量两方面对信息序列Q₂进行校验，定位被改动的地方并将其修正，步骤如下：

数字本身方面：相邻单元上单元首与下单元尾相接数字必一致、单元内数字不能重复、两个单元首尾相接数字为配对数字时前单元后两位数字必重复；

校验位数量方面：检测校验位数量是否与单独单元数字元素数值相符，当单元数字元素个数为1时，只有一位校验位；当单元数字元素个数为2或3时，校验位数量和结尾数字相符；当单元数字元素个数为3或4时，校验位数量与第二位和第三位数字之和相符；当单元数字元素个数为4或5且第二位与第三位为顺序排列时，校验位有两位，当第二位与第三位为逆序排列时，校验位仅有一位；

2)根据两方面标准判断并修正不符合的数字，得到修正后的含水印信息序列Q₃。

2.根据权利要求1所述的一种用于光固化立体造型术三维模型文件的数字水印系统，其特征在于：数字水印嵌入部分和数字水印提取部分中的STL三维模型三角面片排序采用基于PCA的方法，具体步骤如下：

1)对STL三维模型的三角面片进行PCA预处理；

2)计算每个三角面片在PCA坐标系下坐标值，根据其值对相应的三角面片进行从大到小的排序，得到三角面片序列F；

2.1)在笛卡尔坐标系中，对模型进行平移使模型重心与坐标系原点重合；

2.2)对模型中三角面的坐标值进行PCA处理，获得三个特征向量；

2.3)以三个特征向量作为PCA空间的坐标轴，将模型从笛卡尔坐标系映射到PCA坐标系；

2.4)通过比较模型中三角面的中心坐标值得到一个已知的三角面片序列F，比较方法为先比较三角面片中心坐标值，如中心坐标值相同则比较x坐标值，如x坐标值相同则比较y坐标值，如y坐标值相同则比较z坐标值。