基于顶点统计特征的三维网格模型水印算法

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在信息技术飞速发展的今天,对未授权产品的占有、编辑和传播等非法操作变得越来越容易,使得对数字信息的版权保护问题变得日益重要。而以三维模型为代表的一批新兴数字产品存在着异于同类产品的特点,很难借用在同类产品上已经成熟的技术,所以对这类数字信息的版权认证与保护成为了新的热点课题。  本文在分析三维模型自身特性和三维水印相关技术的基础上,结合国内外现有的研究成果,提出了一个基于顶点统计特征的三维网格模型盲水印算法和一个基于凸点的三维网格模型半盲水印算法,同时根据这两种方法设计了一个三维水印原型系统,主要工作如下:  (1)针对三维网格模型盲水印算法鲁棒性和透明性未很好权衡的问题,提出了一种基于顶点统计特征的三维网格模型盲水印算法。在水印嵌入过程中,首先计算顶点到模型中心的距离作为顶点的特征值;根据该特征值对顶点进行分区,并依据特征值的分布将分区分为联合嵌入分区、恢复分区和缓冲分区;然后通过改变联合嵌入分区内归一化后的顶点特征值的分布来嵌入水印,并修改恢复分区中顶点的坐标还原模型中心。文中算法通过综合利用联合嵌入分区、恢复分区和顶点微调方法增强了水印的鲁棒性,并实现了水印的盲检测。实验结果表明,在保持较好的透明性的基础上,文中算法能够有效抵抗平移、旋转、均匀缩放、顶点重排序、噪声、平滑、细分和网格重构等常见攻击。  (2)针对三维数字水印算法对剪切攻击的抵抗性能较差的问题,结合对多种攻击具有鲁棒性的凸点及其邻域区块提出了一种基于凸点的三维网格模型半盲水印算法。在水印嵌入阶段,根据凸点及其K阶邻域构造稳定区块作为水印载体,然后在每个区块内嵌入一个完整的水印,并记录分区信息。在水印提取阶段,首先根据待测模型是否存在边界,结合记录的分区信息用不同的方法确定区块,然后在每个区块内提取出一个完整的水印并综合这些水印得到检测出的水印。利用对剪切有较强抵抗能力的凸点和重复多次嵌入水印信息的方法,提高水印算法对剪切攻击的鲁棒性。实验结果表明,该算法可以完全抵抗非顶点扰动类攻击,并对噪声、简化、网格重构、细分和剪切攻击具有较好的鲁棒性。  (3)设计并实现了一个三维模型水印算法原型系统,该系统基于本文所论述的盲水印和半盲水印算法。系统采用泛型编程和模块化的设计思想,可以完成三维网格模型的载入、保存、三维空间可视化等基本功能以及生成水印序列、水印嵌入、水印提取和相似度计算等三维水印功能。系统运行正常,可以完成常规实验所需功能,并且易于修改和扩充。
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