本发明专利技术涉及一种基于球面参数化的三维网格模型数字水印方法。当前数字水印技术大都是针对静止图像、视频流和音频流这些媒体数据类型的，而对三维几何模型数据的水印技术的研究工作相对较少。本发明专利技术的三维网格模型水印方法利用网格全局球面参数化的方法得到网格的球面调和分析系数，将水印嵌入调和分析系数中，然后进行相应的逆变换得到嵌入水印的网格。本方法还解决了由于采样和嵌入水印而造成的网格变形问题，而且在提取水印过程中将网格水印信息进行放大和对水印的特殊编码策略以利于水印的提取。本发明专利技术方法提取水印不需要原始网格，不需要预处理，可以抵抗很多攻击，攻击包括加噪、光滑、增强、旋转、平移、缩放、重采样、裁剪和一些组合攻击。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种。
技术介绍
当前数字水印技术大都是针对静止图像、视频流和音频流这些媒体数据类型的， 而对三维几何模型数据的水印技术的研究工作相对较少。随着三维扫描技术的发展，三维 几何模型已经成为继音图视频后的一种新的媒体类型，被广泛应用在娱乐业和制造工业以 及其他各种领域中。由于三维模型数据自身的特点，使得传统的图像水印方法不能简单照搬地应用于 三维几何模型，三维模型水印存在一些难点，比如由于三维几何模型数据具有不规则性，所 以在水印嵌入过程中，缺乏进行频率分解的某种自然地参数化方法。三维模型数据由点、 线、面等要素构成，这些要素可以组合成各种不同的数据表达方式，另外三维模型数据的各 要素集合没有一个固定的排序标准，而对静止图像来说却可以按照像素点的平面位置排 序，对音频流和视频流数据可以按照时间轴来排序，对于这种不规则的数据类型，不能简单 地应用已有的各种变换域水印方法，需要寻找适当的能够反映三维模型数据特征的参数用 于各种变换域水印方法。另外，水印检测过程中，几何模型简化操作和其它的攻击方法可能 会改变几何模型的连接关系，或拓扑连接。与静止图像、音频、视频相比，三维模型的表示具有如下特点1.没有固有的数据顺序。音频、视频的数据是按时间顺序排列的，静止图像、视频 的帧则以扫描线顺序排列，而三维模型却没有一个固定的数据顺序。2.没有明确的采样率的概念，三维表面模型中的数据，不具有像图像、音频、视频 那样的方便的数学工具(如余弦变换、Fourier变换、小波变换等)可以使用。3.模型数据中不但包含几何信息还有拓扑信息，使水印提取时候的同步问题更加 复杂。4.表示方法不唯一。同一个三维模型，可以用多种不同的模型表示，在不同模型间 进行转换的过程中，容易引起属性损失。没有图像、视频中自然存在适合于嵌入水印的噪声 存在。5.对模型进行几何和拓扑操作的工具很多，使对模型的修改更加容易。一些图像 水印、音频水印、视频水印中的问题，如有损压缩、同步问题等。三维水印同样存在。表示三维模型的主要方法有线框模型它是利用对象形体的棱边和顶点来表示几何形状的一种模型，只能反映出三维物体的一部分形状信息，难以表示物体的剖面图、消隐线及两个面的交线或轮廓 线等，不能完整的定义三维物体。线框模型在三维方面的处理上有很多困难，如消隐、着色、 特征处理等。表面模型它把线框模型中棱线所包围的部分定义成形体的表面，增加面的有关 信息及连接指针，然后利用形体表面的集合来描述形体的形状。表面模型可分为多边形网格表示法和参数曲面表示法。多边形可以使用足够的细节，可以表示任何表面和描述任意复杂的物体。事实上，没有多少物体不能使用多边形网格表示。而参数曲面表示法用少量 的控制顶点及形状参数来描述物体表面的形状。常见的有Bezier、B样条等参数曲线、参 数曲面造型技术及元球(Metaball)隐式曲面造型技术。参数曲面与多边形网格相比，更简 洁，局部修改容易，精度控制方便。但对于复杂的局部表面区域，参数曲面的拼接往往因涉 及到复杂的约束求解而使人望而却步。目前，已有一些方法成功地将多边形网格局部参数 化，可以方便地处理多边形网格表面。实体模型在这种表示方法中，把许多具有一定形状和体积的基本体素(如立方 体、圆柱、圆锥等)通过并、交、补等布尔运算和基本变形操作建立的三维立体模型，实体建 模的特点在于建立一个物体的完整的形状模型，它有明确的物体包容空间，且各表面间有 严格的拓扑关系，形成一个整体。实体模型技术只能表示简单的三维物体，而不能表示复 杂物体的表面。实体模型理论的发展可以追溯到1970年，当时是利用CSG(Constructive Solid Geometry)方法。CSG建模方法其实是将最基本的实体(立方体、圆柱体、圆锥体等) 进行布尔运算，这就需要事先按一定的顺序建立好大小、位置合适的基本实体，并且不能改 变。但实际情况是谁也不能保证设计结果不被修改，所以CSG方法不能被设计人员接受。三维体数据表示法现实世界中的许多物体、自然现象及一些计算模型，其表面和 内部都包含着对象信息，不能用曲线或曲面等几何造型方法表示，而只能用三维体数据表7J\ ο同图像水印方法分类相似，三维网格模型水印方法也可以大致分为两类，一类是 空间域水印方法，一类是变换域水印方法。早先的三维模型水印方法研究也是从空间域水 印方法开始的，现在逐步向变换域水印方向发展。空间域网格水印方法对噪声和裁剪等攻 击普遍没有抵抗力。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种。本专利技术的三维网格模型水印方法利用网格全局球面参数化的方法得到网格的球 面调和分析系数，将水印嵌入调和分析系数中，然后进行相应的逆变换得到嵌入水印的网 格。本方法还解决了由于采样和嵌入水印而造成的网格变形问题，而且在提取水印过程中 将网格水印信息进行放大和对水印的特殊编码策略以利于水印的提取。本专利技术方法的具体步骤是步骤(1)对原始网格X-坐标进行重新排序，使其成为由小到大上升排列方式得到 一个新X-坐标的网格；步骤⑵采用球面参数化方法将原始网格M上的几何位置(即顶点坐标) 信号Ft转换成球面参数网格上的信号Fts(e，φ)，t = 1,2,3, t表示三个坐标方向； θ (π ≤ θ ≤ 0)表示球面上的经度角、Φ (2π≥φ≥0)表示球面上的纬度角；步骤(3)将Fts(e，φ)在经纬θ和φ方向做均勻采样得到规则采样信号F' t， 采样率为64X64。其中采样点θ」=π (2j+l)/4B，(K = 2Jik/2B，B = 32，j、k为采样点 序列号；步骤(4)对F' t做球面调和分析，得到F' t的调和系数It，设单位球面上任意点的位置P用经度角θ和纬度角Φ确定，即P = (cos Φ sin θ , sin Φ sin θ，cos θ )，任意一 球面信号表示为二维连续函数f( θ，Φ)。球面调和分析的基函数(也被称为球面调和函 数)Y1nX θ，φ)表示为<formula>formula see original document page 6</formula>其中<formula>formula see original document page 6</formula>”是规一化常数，P1- (x)是度为1、次为m的联合Legendre多项式，e为指数、i为复数，球面调和函数来自球面上的Laplacian方程，它们构成了球面 连续函数空间中的一组完备的单位正交基，即 <formula>formula see original document page 6</formula>δ为脉冲函数因此，任意定义在球面上的连续函数f( θ，φ)都可以用球面调和函数展开<formula>formula see original document page 6</formula>其中/(/，TO)为f( θ，φ)禾π Y1mO, φ)的内积，称为(l，m)-Fourier 系数 /(/, m) =< /, Y；" >= Kl m χ P；" (cos θ) sm θ θ (3)公式(3)就是球本文档来自技高网...
【技术保护点】
基于球面参数化的三维网格模型数字水印方法，其特征在于该方法的具体步骤是：方法的具体步骤是：步骤（１）对原始网格Ｘ－坐标进行重新排序，使其成为由小到大上升排列方式得到一个新Ｘ－坐标的网格；步骤（２）采用球面参数化方法将原始网格Ｍ上的几何位置信号Ｆ↓［ｔ］转换成球面参数网格上的信号Ｆ↓［ｔ］↑［ｓ］（θ，φ），ｔ＝１，２，３，ｔ表示三个坐标方向；θ（π≤θ≤０）表示球面上的经度角、φ（２π≥φ≥０）表示球面上的纬度角；步骤（３）将Ｆ↓［ｔ］↑［ｓ］（θ，φ）在经纬θ和φ方向做均匀↓［２４］），ｗ↓［ｉ］∈｛０．１｝，ｉ＝１，２，．．．，２４；步骤（６）取球面调和系数Ｉ↓［１］中某些固定位置进行嵌入水印，按照以下水印嵌入公式加入水印信息，得到加入水印序列Ｗ的调和系数Ｉ′↓［１］，Ｉ′↓［１］（ｋ，ｌ）＝Ｉ↓［１］（ｋ，ｌ）＋θ（５）其中ｋ和ｌ是在Ｉ↓［１］中水印嵌入位置的行数和列数，ｋ＝２２，２３，２４，ｌ＝３４，３５，…，４２，ｗ↓［ｉ］＝０时θ＝０，ｗ↓［ｉ］＝１时θ＝１；步骤（７）对Ｉ′↓［１］，Ｉ↓［２］和Ｉ↓［３］进行逆调和分析，利用变换公式（２）得到嵌入水印的采样信号Ｆ↓［ｔ］↑［＊］；步骤（８）对Ｆ↓［ｔ］↑［＊］做反采样和反球面参数化得到加入了水印的模型Ｍ′；反采样和反球面参数化方法利用步骤（２）和（３）相应的反变换方法；步骤（９）调整嵌入水印后的网格通过将嵌入水印的网格进行调整来减少变形，设原始网格为Ｍ，嵌入水印后的网格为Ｍ↑［＃］，将原始网格进行球面参数化、采样、反采样和反球面参数化而不嵌入水印得到的网格为Ｍ↑［＊］，调整后的嵌入水印的网格为Ｍ↑［＾］；修正公式如下：Ｍ↑［＾］＝Ｍ＋α×［Ｍ↑［＃］＋（Ｍ↑［＊］－Ｍ）－Ｍ］，α＜１（６）α为缩小系数；步骤（１０）提取嵌入的水印采用如下方法：步骤ａ．对待检测网格Ｍ↑［＊］的Ｘ－坐标进行重新排序，使其成为由小到大上升排列方式得到一个新Ｘ－坐标的网格；步骤ｂ．将待检测网格Ｍ↑［＊］的Ｘ－坐标按照下式进行处理，得到网格Ｍ′：＊＊＊其中，ｆ（ｘ）为待检测网格Ｍ↑［＊］的原始Ｘ－坐标，ｇ（ｘ）为处理后的待检测网格Ｍ′的原始Ｘ－坐标，Ｔ为设定的阈值，ｆ（ｍ）为ｆ（ｘ）以及前后各三个点的和ｆ（ｍ）＝ｆ（ｘ－３）＋ｆ（ｘ－２）＋ｆ（ｘ－１）＋ｆ（ｘ）＋ｆ（ｘ＋１）＋ｆ（ｘ＋２）＋ｆ（ｘ＋３）将ｇ（ｘ）进行放大处理得到放大坐标ｆ′（ｘ），放大函数定义如下：ｆ′（ｘ）...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：李黎，
申请(专利权)人：杭州电子科技大学，
类型：发明
国别省市：86[中国|杭州]
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