随着计算机图形学技术的进步,三维几何模型被广泛应用于医疗保健、电影游戏、虚拟现实、建筑行业等多个领域,三维几何模型的研究越来越受到研究人员的重视。与此同时,三维几何模型在网络传播过程中被修改或者盗用也变得容易。因此,三维几何模型的版权保护迫在眉睫,其中数字水印是解决版权保护的重要手段之一。三维几何模型的嵌入式水印通过将水印信息嵌入到模型数据中实现版权保护,这样不可避免地会修改数据,并且嵌入的强度难以控制。因此,不需要修改原始的三维几何数据,通过鲁棒的特征构造水印信息的三维几何模型的零水印技术逐渐成为三维水印研究新的热点。尽管国内外研究者们针对三维零水印方法进行了诸多的研究,但是现有的方法通常会受所选择特征的限制,对常见的水印攻击很难都具有较高的鲁棒性。为此,本文针对基于特征描述的三维零水印方法进行研究,主要工作包括:
(1)为了提高三维零水印方法的鲁棒性,提出了一种基于几何和统计特征描述的三维零水印方法。方法根据三维模型的高斯曲率进行自适应采样获取描述模型基本形状的特征顶点;在此基础上,通过快速点特征直方图(Fast Point Feature Histograms,FPFH)参数化模型特征顶点与相邻点之间的空间差异,得到描述特征点邻域的几何统计特性的多维直方图描述子,并使用该特征描述子的二范数构造水印信息。水印提取时利用水印构造时所采样的特征顶点与待提取水印模型配准后进行检测。实验结果表明,该方法不但对常见的攻击类型,如随机噪声、相似变换、顶点重排序、Laplacian平滑、简化、剪切等具有较强的鲁棒性,而且与其它的三维零水印方法相比也非常有竞争力。
(2)为了进一步提高三维零水印方法应对各种常见攻击的能力,提出了一种基于分片多特征描述的三维零水印方法。方法首先基于高斯曲率与最远点采样将三维模型分片;然后提取模型每个子片的多特征,包括子片的特征点、改进的点特征直方图(Improved Point Feature Histogram,IPFH),以及特征点的二范数信息,其中IPFH是本文在FPFH的基础上进行优化得到,更能抵抗各种常见的攻击;在此基础上,对三维模型的多特征进行二值化处理,并将处理结果与给定的数字水印序列进行异或操作得到版权保护信息进行存储。水印提取时对每个子片提出的水印序列进行投票,降低模型受到攻击后特征点丢失对水印鲁棒性的影响。实验结果表明,该方法能够有效提升现有的三维零水印方法对常见的水印攻击的鲁棒性。
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