基于空间法向量的三维模型数字水印算法研究

摘要

互联网和计算机技术的迅速发展使人们可以非常便捷的访问和使用各种形式的数字媒体产品，但给予人们方便的同时也出现了侵犯原始作者版权的问题，例如产品的任意拷贝、盗用、篡改等。虚拟产品的研究和应用以及在网络环境下的协同设计使三维模型的版权保护问题变得越发重要。而数字水印技术的出现能够有效的解决这一问题。数字水印技术是一个集通信理论、模式识别、信息安全等多种理论为一体的综合性研究课题，三维数字产品版权保护和信息安全的迫切需求，使得三维模型数字水印技术研究成为数字水印技术领域的一个热点研究问题。本文针对三维模型的数字水印技术进行了研究，主要工作如下:
　　1.分析了三维模型数字水印技术特征，以及经典三维模型数字水印技术算法。如空域里的三角形相似四元组算法、四面体体积比算法、剥离的三角形条带符号序列算法，频域里的基于多分辨率小波分解的数字水印算法、基于拉普拉斯矩阵水印算法，以及其他常见的三维网格数字水印算法。
　　2.对本文算法中用到的基础理论进行了探讨。首先介绍了主成分分析(PCA)理论，算法中通过PCA得到三维模型的主成分信息，用改进的PCA对模型进行姿态调整;然后介绍了Arnold置乱思想，算法中用Arnold置乱变换处理水印信息保证信息的安全性;最后分析了三维网格分割的原理，论文采用改进的K均值算法进行实验。
　　3.利用三维模型特征信息的稳定性提出了一种基于特征信息聚类和空间法向量的三维模型数字水印算法。算法首先依据表面形状特征，用K均值网格分割将三维模型分解为一组数目有限、各自具有简单形状意义的较小模型块。构造要嵌入信息的模型块曲面的基本几何单元，用每个几何单元的质心移动至模型块质心并将其代替，通过调整模型块质心来嵌入单位水印信息，对每个模型块用同样的方法进行水印信息的嵌入，从而改变顶点位置使水印信息遍布整个模型。在Matlab7.0实验平台上对该水印系统进行仿真实验，验证了嵌入水印在常见攻击下的鲁棒性。
　　实验中，水印采用二值图像和有意义的字符信息，实验结果表明论文所提算法在保证嵌入水印信息的情况下具有较好的鲁棒性和不可见性，尤其对平移、缩放、剪切等攻击具有较好的鲁棒性。

目录

声明

摘要

1 引言

1．1 数字水印的研究背景

1．2 数字水印技术的发展

1．3 数字水印技术国内外研究现状

1．4 论文研究工作和内容安排

2 三维模型数字水印

2．1 三维网格水印特征分析

2．2 常用三维模型水印嵌入算法分析

2．3 本章小结

3 基于特征信息聚类和空间法向量的三维模型水印算法

3．1 算法理论基础

3．2 算法原理

3．3 预处理

3．4 三维网格模型水印的嵌入和提取

3．5 本章小结

4 实验结果与分析

4．1 仿真实验平台

4．2 简单攻击的鲁棒性实验结果与分析

4．3 实验对比分析与总结

4．4 本章小结

5 总结与展望

5．1 总结

5．2 展望

致谢

参考文献