[发明专利]基于分组策略和邻域关系定位的三维网格双重水印方法

说明书

本发明公开了一种基于分组策略和邻域关系定位的三维网格双重水印方法。本发明通过先嵌入鲁棒水印和后嵌入脆弱水印达到对三维模型进行版权保护和内容认证的作用。鲁棒水印利用三维模型顶点的分布特性对顶点进行分组来嵌入水印信息，脆弱水印则通过调节模型顶点和一环邻域之间的几何关系来嵌入水印。其中，方法利用双目标优化模型进行双重水印耦合处理，来解决鲁棒水印和脆弱水印相互干扰的问题。本发明方法提取水印不需要原始网格，并且鲁棒水印与脆弱水印互不干扰。同时，鲁棒水印能抵抗常见攻击，攻击包括几何变换、噪声、顶点重排序、简化和细分，脆弱水印具有篡改定位功能。

技术领域

本发明涉及一种基于分组策略和领域关系定位的三维网格双重水印方法。

背景技术

数字水印技术是一种被广泛认可且有效的版权保护策略。经过多年的发展，数字水印技术已经相当成熟，可以应用到各种需要的场景中。数字水印的基本原理是利用数据的冗余信息，在原始的载体数据(如音频、视频、图像、三维模型等)中嵌入水印信息。水印信息可以是有意义的版权信息，例如图片、公司的商标和作者的名字等；也可以是无意义的信息，例如随机生成的字符串或者号码。水印信息是隐藏在载体数据中的，不会破坏原始载体的视觉效果。在水印嵌入过程未知的情况下破解水印方法的难度较大，所以数字水印的安全性得到了保证。当人们需要版权认证时，可以通过与水印嵌入过程相对应的水印提取方法来提取水印，以达到内容认证、版权保护的目的。

与图像、音频和视频等传统的数字水印技术相比，三维模型数字水印的研究相对较少。这种现状的出现是由于三维模型的拓扑结构和模型数据的不规则采样引起的，并且针对三维模型的攻击方式复杂多变也是一个主要的因素。相对于图像，三维模型的表示方法较为复杂。图像相当于二维矩阵，图像中的像素值作为该矩阵的元素值。这意味着所有这些像素在图像中都具有固有的顺序，例如可以通过行扫描或者列扫描建立一个序列。这个顺序通常用于同步水印比特(知道水印的位置以及以何种顺序嵌入)。然而，对于经常构成水印比特载体的网格元素，不存在一个简单且稳定的本征顺序。三维网格文件中的顶点和面片顺序不固定，对模型进行顶点重排序操作后模型的外观没有发生变化，因此三维网格文件中顶点或者面片的排列顺序并不能作为嵌入水印的依据。除此之外，由于三维模型的顶点分布是不均匀的，缺乏一个有效的三维网格模型的频域变换方法。

三维模型数字水印与图像水印一样要求水印具有透明性，并且三维模型对水印的透明性要求更为严格，水印不仅需要具有视觉上的透明性，还需要具有功能的透明性。例如对于一个零件的模型来说，其规格大小的精确度要求非常高，微小的改变都会影响由该零件组装的设备的质量，几何修改必须在未来装配的公差范围内；或者有些三维模型有设计上的限制，例如模型的对称性必须被保留。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于分组策略和领域关系定位的三维网格双重水印方法。

本发明的三维网格模型水印方法在三维网格模型中同时嵌入鲁棒水印和脆弱水印，并利用双目标优化模型进行双重水印耦合处理，来解决鲁棒水印和脆弱水印相互干扰的问题，达到版权保护和内容认证的双重效果。

本发明方法的具体步骤是：

步骤(1)对三维模型顶点进行分组：

把三维模型从笛卡尔坐标系转换到球坐标系，利用模型顶点到模型中心的距离对顶点进行分组。根据嵌入的水印长度作为分组数对模型顶点进行均匀分组，每个顶点落到相应的组中。

步骤(2)获取每个组内的顶点数量，调节相邻两组内顶点的数量关系来嵌入鲁棒水印。为了减少对模型视觉效果的影响，尽量修改靠近组边界的顶点。

步骤(3)利用双目标优化模型进行双重水印耦合处理。

设三维模型嵌入鲁棒水印后被修改的点为耦合点，没有被修改的点为非耦合点。追求两个目标：一个是三维网格模型的形变尽可能小，另一个是脆弱水印的嵌入对于鲁棒水印的影响尽可能小。通过双目标优化模型选取边界距离小的顶点来嵌入脆弱水印。