[发明专利]基于虚拟图形水印的三维网格数据保护方法

权利要求书

1.基于虚拟图形水印的三维网格数据保护方法，所述虚拟图形水印的三维网格数据保护方法包括以下步骤：

（1）、设计一个具有标识意义的虚拟数字水印图形标识

（1.1）、确定一个基于三维网格数据包围盒的网格切面基准方向，其主要的标识特征为虚拟网格切面方向矢量V（v_x,v_y,v_z）；

（1.2）、定义基于一组图形水印信息嵌入虚拟网格切面V_i（v_x,v_y,v_z）;

（1.3）、以三维网格质心为基准，确定的起始位置与虚拟网格切面的间距λ（0≤λ）或λ_i（0≤λ_i，0≤i≤n）;

（1.4）、针对虚拟网格切面方向矢量V（v_x,v_y,v_z）和间距λ这二个变量，设计具有标识意义的特定数字图形指纹编码；

（1.5）、此虚拟网格切面覆盖三维网格数字全图，也可以n组虚拟网格切面(方向矢量V_i（0≤i≤n）重叠覆盖，随着n的增大，图形指纹的鲁棒性越强;

（1.6）、为防止剪切，需要设计一个合适的网格切面间距λ（0≤λ）；

（2）、虚拟网格切面图形水印特征点的嵌入策略设计

虚拟网格切面图形水印特征点的嵌入设计关系到水印算法的鲁棒性，拟采用如下特征点嵌入策略：

（2.1）、当网格切面与空间线段相交，且交点与线段的端点重合时，那么就不需要做任何的处理，直接使用端点；

（2.2）、当网格切面与空间线段相交，但交点与端点非常接近（小于一个限定的误差值d）时，如图三所示，那么就删除原来最近的端点，以新的交点代替端点；

（3）、三维网格数据虚拟图形水印的嵌入方法

对三维网格数据中的每个三角形面片与虚拟网格切面求解虚拟网格图形水印特征点，并依据三维网格数据构建的边——三角形面片的拓扑关系，依次搜索与虚拟网格切面存在图形水印特征点的三角形面片,对存在的相关图形水印特征点，根据算法思想的特征点嵌入策略，把相关图形水印特征点插入到三维网格数据中，并局部重组三角形面片，具体方法步骤如下：

（3.1）、根据三维网格数据先生成网格数据包围盒作为水虚拟图形水印嵌入的基准方向；

（3.2）、根据三维网格数据计算三维网格模型的质心坐标，为虚拟图形水印嵌入的起始定位坐标；

（3.3）、为减少三角形面片的搜索量，提高算法效率，对三维网格图形数据，构建边——三角形面片的拓扑关系；

（3.4）、若三角形面片不与平面平行，将存在交点。对三角形的三条边分别进行求交计算，只要平面不与三角形顶点相交，则其中必定与两条边有交点，此交点即是定义中的嵌入水印特征点；

（3.5）、已知三角形一边的直线L过点m（x_m，y_m，z_m），且方向向量为n（x_n，y_n，z_n），平面P过点p（x_p，y_p，z_p），且法线方向向量为V_p（vp_x，vp_y，vp_z），求得直线与平面的交点O的坐标(x_o,y_o,z_o)。

（3.6）、将直线方程写成参数方程形式，即有：

x=xm+(xn-xm)*ty=ym+(yn-ym)*tz=zm+(zn-zm)*t---(1)]]>

（3.7）、将平面方程写成点法式方程形式，即有：

vp₁*(x-x_p)+vp₂*(y-y_p)vp₃*(z-z_p)=0           （2）

（3.8）、则直线与平面的交点一定满足式（1）和（2），联立两式，求得：

t=((xp-xm)*vpx+(yp-ym)*vpy+(zp-zm)*vpz)(vpx*(xn-xm)+vpy*(yn-ym)+vpz*(zn-zm))---(3)]]>

（3.9）、如果（3）式中分母(vp_x*(x_n-x_m)+vp_y*(y_n-y_m)+vp_z*(z_n-z_m))为0，则表示直线与平面平行，即直线与平面没有交点；

（3.10）、当0≤t≤1时，三角形面片的边线段与虚拟网格切面有交点；代入（1）式，求得交点O坐标(x_o,y_o,z_o)；

（3.11）、针对图形水印特征点，根据特征点嵌入策略进行处理；

（3.12）、按照三维网格数据的边——三角形面片的拓扑关系，搜索下一个三角形面片，重复（3.4）——（3.11）进行水印特征点嵌入处理；

（4）、三维网格数据虚拟图形水印的检测方法

三维网格数据虚拟图形水印的检测方法是三维网格数据虚拟图形水印嵌入算法的逆过程，具体的方法步骤如下：

（4.1）、根据三维网格数据先生成网格数据包围盒作为水虚拟图形水印检测的基准方向；

（4.2）、根据三维网格数据计算三维网格模型的质心坐标，为虚拟图形水印检测确定起始定位坐标；

（4.3）、为减少三角形面片的搜索量，提高算法效率，对三维网格图形数据，构建边——三角形面片的拓扑关系；

（4.4）、根据（1）中定义的具有标识意义的虚拟数字水印图形标识参数（可以程序内置，也可以由配置文件配置)；

（4.5）、根据虚拟网格切面组V_i（v_x,v_y,v_z），以及三维网格数据质心坐标P(vp_x,vp_y,vp_z)，按图形水印嵌入步骤（3.4）——（3.8）进行三维网格数据图形水印特征点检测；

（4.6）、对求得的水印特征点参数t进行分类统计，当0≤t≤d或1-d≤t≤1时(d为水印特征点检测阈值)，此特征点为嵌入的水印特征点，水印特征点计数器S_水印++；除此外，都是非嵌入的水印特征点，噪声特征点计数器S_噪声++，直到全部虚拟网格切面组的水印特征点检测完毕；

（4.7）、计算值，如果则认为本三维网格数据存在虚拟网格图形水印标识；

（4.8）、根据检测到的S_水印图形水印特征点，在三维网格数据中标识，并用图形的形式表示出虚拟网格图形切面V_i（v_x,v_y,v_z），其中i（0≤i≤n）。