随着数字几何处理技术、网络技术与硬件设备的快速发展,三维模型已经被广泛应用于工业制造、城市规划、建筑设计、医疗、文化遗产保护、影视、游戏和虚拟现实等各个领域。三维模型作为一种数字媒体,可以通过计算机或其他数字化设备方便地进行编辑、修改和存储,也可以通过各种形式的存储介质、计算机网络或其他数据传输手段进行低成本的无损复制和传输。但是,这些优点也使得非法占有、复制、编辑和传播三维模型等侵犯所有者版权的行为变得非常容易。如何有效保护三维模型的版权,使之不受侵权行为的影响成为一个亟待解决的热点问题。数字水印技术作为一种版权保护的有效手段获得了广大研究者的关注,但其主要成果集中于图像、音频、视频和文本,三维模型则由于表示方式与攻击类型的复杂性和多样性,导致数字水印技术的研究成果仍然很不成熟。本文面向三维网格模型的版权保护,以提高三维模型数字水印算法对抗各类常见攻击的鲁棒性为研究目标,针对嵌入式水印算法和零水印算法存在的问题开展研究,本文的主要工作包括四个方面。(1)综述面向版权保护的三维网格模型数字水印算法。从不同的技术角度对三维模型数字水印进行分类,分别阐述嵌入式水印算法和零水印算法的技术思想和处理框架,归纳与分析近年来的代表性成果,指出各自的优势与缺陷,总结三维模型数字水印的攻击方法、应对思路和性能评价指标。(2)简化和剪切是三维模型常见的两种操作,也是数字水印算法较难抵抗的攻击类型,特别是两者的联合攻击。为了提高嵌入式水印算法对抗简化、剪切及其联合攻击的鲁棒性,通过分析这类攻击的特点确定对抗方法,选择三维模型的全局几何特征作为水印基元,结合模型分区、非盲检测和趋势分析等方法提出基于顶点范数的三维网格模型数字水印算法。根据顶点的球面坐标与顶点范数建立模型分区和每个分区中的顶点子集,在每个分区中以顶点子集的顶点范数均值为基准,调节顶点数目的变化比例嵌入水印;水印检测采用非盲检测的方法,应用趋势分析的思想统计发生不同变化的顶点数目提取水印。实验表明,该算法能够抵抗更多类型的三维模型攻击,提升了对抗简化、剪切及其联合攻击的鲁棒性。(3)当前的零水印算法往往通过单一特征构造数字水印,仅对部分攻击具有鲁棒性,针对这一问题,分析单一特征构造水印的局限性,引入多特征处理的思想,选择三维模型的全局几何特征和局部几何特征,结合稳定顶点选择、数据统计等方法提出基于多特征的三维网格模型零水印算法。利用OSVETA算法选择代表模型基本形状的稳定顶点,根据顶点范数和SDF值建立模型分区,运用偏态估计的方法分别计算顶点范数偏态向量与SDF偏态向量,并提取顶点范数的比例特征向量,利用这三个特征向量共同构造数字水印。实验表明该算法提升了零水印算法对抗各类常见攻击的能力。(4)嵌入式水印算法和零水印算法的技术缺陷使得当前的三维模型数字水印算法无法有效抵抗高强度的单一类型攻击和联合攻击,针对这一问题,通过分析嵌入式水印算法和零水印算法的优缺点,结合两者技术思想的长处,提出一种构造顶点分布特征的三维模型数字水印算法。根据顶点球面坐标的角度分量分别建立三维模型的顶点分区和顶点子集,在顶点分区中以零水印算法的技术思想根据顶点分布特征构造水印,以嵌入式水印算法的技术思想强化这一特征并将水印再次嵌入到顶点子集;水印检测从顶点分区和顶点子集分别提取水印,结合分区分析确定最终水印。实验表明该算法有效提升了对抗各类高强度的单一攻击和联合攻击的鲁棒性。