[发明专利]一种基于点阵字符的三维模型打印可见水印嵌入方法

摘要

本发明涉及一种基于点阵字符的三维模型打印可见水印嵌入方法，属于水印嵌入技术领域，解决三维实物模型上打印出可见水印信息的技术问题，本方法包括以下步骤：生成点阵字符水印信息，对原始三维模型进行平滑度分析，选出适合嵌入水印的最佳平滑区域，对平滑区域进行预细分，将预细分后的平滑区域投影到二维平面，将水印信息与二维平滑区域对齐，根据水印信息选出二维平滑区域内的有效顶点，将有效顶点返回三维模型并嵌入水印。本发明提出的可见水印嵌入方法可以在3D打印中保存并在实物上清晰显示，可以嵌入中文、英文或者数字等多种水印信息，在打印实物上可以展示出阴刻和阳刻的效果且具有一定的鲁棒性。

主权项

1.一种基于点阵字符的三维模型打印可见水印嵌入方法，其特征在于包括以下步骤：S1、生成点阵字符利用Windows内部字体结构LOGFONT，通过GetGlyphOutlineW函数生成二进制点阵字体，构成水印信息W，W＝(α，β)，式中，α为水印顶点信息集合，α＝{0,1}，β为水印信息顶点坐标集合，β＝{β_i|β_i＝(x^w_i,y^w_i),1≤i≤Num}，式中x^w_i、y^w_i为平面水印信息坐标，Num为水印信息顶点总数；S2、选取平滑区域s：对原始三维网格模型进行平滑度分析，选取出适合嵌入可见水印的平滑区域s设原始三维网格模型为Mod＝(V,F)，式中V为三维网格模型的顶点集合，V＝{v_i|v_i＝(x_i,y_i,z_i)，x_i,y_i,z_i∈R,1≤i≤N}，F为三维网格模型三角面片集合，F＝{f_i|f_i＝(v_a,v_b,v_c)|v_a,v_b,v_c∈V,1≤i≤N_f}，其中N为三维网格模型顶点总个数，v_i为顶点下标，x_i、y_i和z_i分别为三维网格模型中空间坐标x、y、z轴的坐标值，N_f为三维网格模型的三角总个数；通过公式①确定三维模型顶点v_i与其N_i个邻域顶点的法向量平均夹角和，式中，N_i为顶点v_i的邻接点个数，根据步骤S1得到的水印信息顶点数Num，N_i＝Num×k，k为满足水印信息顶点的最小倍数，为顶点v_i的法向量，为顶点v_i的邻接顶点法向量；遍历原始三维网格模型Mod的所有顶点V，找到平均夹角和的值最大的顶点v_max作为平滑中心点，与其N_i个邻域顶点所构成的区域为平滑区域，平滑区域顶点集定义为s＝(V_s，C_s)，其中V_s＝{v_i|v_i＝(x_i,y_i,z_i),i∈N_i}，C_s＝{c_j|c_j＝v_j,j∈N_i}，C_s为平滑区域s内顶点的下标；S3、将平滑区域s预细分遍历平滑区域s内的每个三角面片，找出该三角面片的重心v_c，将重心v_c与该三角面片的每个顶点相连，划分为四个新三角面片，得到预细分后的平滑区域s₁；S4、将预细分后的平滑区域s₁投影到二维平面在坐标原点不变的情况下，将Z轴方向变换为平滑区域中心点v_max的法向量的方向上，通过旋转矩阵公式将三维平滑区域s₁投影到二维平面上，所述旋转矩阵公式如下述公式②所示:式中，X、Y为三维顶点二维化后的平面坐标，R_x、R_y为x、y轴对应的旋转矩阵，α、β为平滑区域中心点v_max的法向量与三维坐标系y·z平面和x·z平面的夹角，x、y、z为三维顶点坐标；平滑区域s₁投影到二维平面后获得二维平滑区域s₂,s₂＝(V_s′,C_s′)，V_s′＝{v_i′|v_i′＝(X_i,Y_i),i∈N_i},C_s′＝{c_j′|c_j′＝v_j,j∈N}，V_s′为二维平滑区域s₂内的顶点，C_s′为二维平滑区域s₂内顶点的下标；S5、将水印信息W与二维平滑区域s₂对齐遍历二维平滑区域s₂，求出区域内各个顶点横纵坐标的最大值和最小值，分别记为X_max、X_min、Y_max、Y_min；遍历水印信息W，求出其区域内各个顶点横纵坐标的最大值和最小值，分别记为x^w_max、x^w_min、y^w_max、y^w_min，将二维平滑区域s₂内的各个顶点乘以缩放系数γ，以满足条件式X_max‑X_min>x^w_max‑x^w_min和Y_max‑Y_min>y^w_max>y^w_min，即水印信息W内任意顶点必须在二维平滑区域s₂内；然后，将二维平滑区域s₂中心顶点V₀＝(X₀,Y₀)与水印信息W中心顶点v₀＝(x₀,y₀)对齐，利用下述公式③分别求出平滑区域中心点V₀与水印信息中心顶点v₀之间的平移距离D_x、D_y，并根据平移距离D_x、D_y将二维平滑区域s₂平移变换后得到平移后的二维平滑区域s₃,s₃＝(V_s〞,C_s〞)，V_s〞＝{v_i〞|v_i〞＝(X_i+D_x,Y_i+D_y),i∈N_i},C_s〞＝{c_j〞|c_j〞＝v_j,j∈N}，式中V_s〞为平移后的二维平滑区域s₃内的顶点，C_s〞为平移后的二维平滑区域s₃内顶点的下标；式中，D_x、D_y为平滑区域中心点V₀与水印信息中心顶点v₀之间的平移距离，X₀、Y₀为平滑区域中心点V₀的坐标值，x₀、y₀为水印信息中心顶点v₀的坐标值；S6、根据水印信息W选出平移后的二维平滑区域s₃内的有效顶点遍历水印信息W＝(α,β)，标记α_i＝1的顶点β_i＝(x^w_i,y^w_i)及顶点β_i‑1＝(x^w_i‑1,y^w_i‑1)，并遍历平移后的二维平滑区域s₃＝(V_s〞,C_s〞)，根据条件x^w_i≥X_i≥x^w_i‑1∩y^w_i≥Y_i≥y^w_i‑1选取顶点v_i〞＝(X_i,Y_i)，并且记录相应的顶点下标C_s〞组成有效顶点下标集合C₁，并将未被选中的细分顶点删除；S7、将有效顶点返回三维模型并嵌入水印将有效顶点下标集合C₁所对应的三维顶点v_i＝(x_i,y_i,z_i)在其法向量方向上移动距离d，得到嵌入水印信息的三维网格模型。