基于顶点曲率的三维网格水印技术研究

摘要

随着互联网技术和数字信号处理等多媒体技术的飞速发展，使得非法占有、编辑和传播未授权产品的侵权行为变得越来越容易。数字水印技术作为一项新技术，在保护数字产品的版权所有者的合法权益方面在近年来已成为一个研究热点。但由于三维模型的特性，使得数字水印技术在图像、文本、视频和音频方面的研究很难直接应用到三维模型上。
　　在本文中，首先综述课题的研究背景和意义，并综合分析三维数字水印的国内外研究现状，然后在综合分析了目前三维的水印算法的难点与新进展的基础上，提出了一种基于模型顶点曲率的三维网格盲水印算法与一种基于曲率直方图几何变换不变性的三维网格半盲水印算法，最后设计并实现了一个三维模型数字水印原型系统，主要工作如下:
　　(1)针对三维网格模型数字水印算法保持鲁棒性同时提高透明性问题，提出了一种基于模型顶点曲率的三维网格盲水印算法。在嵌入过程中，首先通过顶点的局部窗口，计算三维模型顶点的均方根曲率并获得模型所有顶点的波动值的有序集合，然后根据有序的波动值对所有顶点进行分区并对每个分区内所有顶点的波动值进行分区内的单位化，最后通过调制每个分区内的曲率波动值均值嵌入水印，同时该算法采用盲水印提取技术提取水印信息。实验结果表明，该算法对三维模型嵌入的水印信息具有较好的透明性，并且能够有效抵抗顶点重排、旋转、平移、均匀缩放、噪声、光顺、量化、简化攻击等常见的三维模型水印攻击。
　　(2)针对目前三维网格模型半盲水印算法抵抗剪切攻击性能较差和不能抵抗姿势攻击的问题，提出一种新的基于曲率直方图几何不变量的三维网格半盲水印算法。水印嵌入时，首先对三维网格模型使用基于形状直径函数的网格分割方法进行分割，然后在各分块内计算顶点的高斯曲率，进行排序单位化及提取曲率直方图范围操作，最后通过调节各分块内的顶点曲率落入曲率直方图中的一定范围来嵌入水印，在水印提取阶段使用半盲方法来提取水印信息。实验结果表明，该算法能有效的抵抗平移、旋转、均匀缩放、顶点重排、噪声、量化、光顺、简化等常见攻击，而且对剪切和姿势攻击具有良好的鲁棒性，同时透明性也较好。
　　(3)采用面向对象和模块化的软件系统设计思想，实现了一个基于所提出的算法的三维模型数字水印原型系统。该系统主要包含三维模型的输入、保存、可视化以及水印序列生成、水印嵌入与检测等功能。原型系统运行表明，可有效认证三维模型的所有权，系统操作简便，用户界面友好，验证了所提出的算法的可用性。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题的研究背景和意义

1．2 相关领域的国内外研究现状

1．3 本论文的主要研究工作

1．4 本论文各章节安排

第2章 三维模型水印技术概况与相关研究

2．1 三维几何模型的表示及三维数字水印系统的通用模型

2．1．1 三维几何模型的表示方法

2．1．2 三维数字水印系统的通用模型

2．2 三维几何数字水印的基本特性

2．3 三维几何模型水印技术的分类

2．4 三维模型数字水印攻击研究

2．5 三维模型水印算法的性能评价

2．5．1 透明性评价

2．5．2 鲁棒性评价

2．6 三维模型数字水印算法研究难点及新进展

2．7 本章小结

第3章 基于模型顶点曲率的三维网格盲水印算法

3．1 概述

3．2 基于局部窗口的顶点曲率波动值计算

3．2．1 顶点均方根曲率

3．2．2 顶点波动值

3．3 基于顶点曲率波动值的盲水印算法

3．3．1 盲水印嵌入过程

3．3．2 水印提取过程

3．4 实验与分析

3．4．1 透明效果实验

3．4．2 鲁棒性实验

3．5 本章小结

第4章 基于曲率直方图几何变换不变性的三维网格半盲水印算法

4．1 概述

4．2 曲率直方图几何变换不变性

4．3 半盲水印算法

4．3．1 半盲水印嵌入过程

4．3．2 半盲水印提取过程

4．4 实验与分析

4．4．1 透明性实验

4．4．2 鲁棒性分析

4．5 本章小结

第5章 三维模型数字水印原型系统实现

5．1 系统结构

5．2 系统总体功能设计

5．3 系统功能实现

5．3．1 系统主系统实现

5．3．2 水印信息生成实现

5．3．3 水印嵌入与提取实现

5．4 本章小结

第6章 总结与展望

6．1 研究工作总结

6．2 进一步研究工作展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间已发表的论文