浅析三维数字水印

网络技术　

计算机与网络创新生活　

浅析三维数字水印　

过中璨　

（华北电力大学河北保定０７１０００）　

【摘要】随着因特网的迅猛发展和数字记录存储设备的普及，对于声像数据进行加密、认证和版权保护的需求也日益增　多，本文综合介绍三维数字水印技术，论述了三维数字水印技术目前的发展现状，明确了现有三维数字水印技术的分类，分析几　种典型的三维数字水印的算法，并提出相应的攻击分析，最后介绍了今后的三维数字水印发展方向以及研究前景。　【关键词】：数字水印三维模型鲁棒性　

中圈分类号：ＴＰ７５１．１　文献标识码：Ａ　文章编号：ｌＯＯ８～１７３９（２０１１）１８－６８—３　

Ａ　Ｓｕｐｅｒｆｉｃｉａｌ　Ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｆ　３Ｄ　Ｄｉｇｉｔａｌ　Ｗａｔｅｒｍａｒｋ　

ＧＵＯ　Ｚｈｏｎｇ－ｊｉｎｇ　（Ｎｏｒｔｈ　Ｃｈｉｎａ　Ｅｌｅｃｔｒｉｃ　Ｐｏｗｅｒ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｂａｏｄｉｎｇ　Ｈｅｂｅｉ　０７１０００，Ｃｈｉｍ）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｒａｐｉｄ　ｇｒｏｗｔｈ　ｏｆ　ｔｈｅ　Ｉｎｔｅｒａｃｔ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｗｉｄｅｓｐｒｅａｄ　ｕｓｅ　ｏｆ　ｄｉｇｉｔａｌ　ｒｅｃｏｒｄ　ｄｅｖｉｃｅｓ，ｔｈｅｒｅ　ｉｓ　ａｎ　ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇ　ｄｅｍａｎｄ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｅｎｃｒｙｐｄｏｎ，ｃｅｒｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｃｏｐｙｒｉ曲ｃ　ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ　ｏｆ　ｓｏｕｎｄ　ａｎｄ　ｉｍａｇｅ．Ｔｈｅ　ａｒｔｉｃｌｅ　ｇｉｖｅｓ　ａｌｌ　ｏｖｅｒｖｉｅｗ　ｏｆ　３Ｄ　ｄｉ垂ｔａ１　ｗａｔｅｒｍａｒｋ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｃｕｒｒｅｎｔ　ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ｓｔａｔｕｓ，ａｎｄ　ｐｒｏｖｉｄｅｓ　ｗｉｔｈ　ａ　ｃｌｅａｒ　ｃｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｉｓ　ｗａｔｅｒｍａｒｋ，ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｆ　ｓｅｖｅｒａｌ　ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇ　ｔｙｐｉｃａｌ　ｗａｔｅｒｍａｒｋｉｎｇ　ａｌｇｏｒｉｔｈｍｓ，ａｎｄ　ｔｈｅ　ｒｅｌｅｖａｎｔ　ａｔｔａｃｋ　ａｎａｌ￣ｓ．Ａｔ　ｌａｓｔ　ｉｔ　ｄｅｓｃｒｉｂｅｓ　ｔｈｅ　ｆｕｔｕｒｅ　ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｐｒｏｓｐｅｃｔｓ　ｏｆ　ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ｏｆ３Ｄ　ｄｉｇｉｔａｌ　ｗａｔｅｒｍａｒｋ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｄｉ垂ｔａｌ　ｗａｔｅｒｍａｒｋｉｎｇ；３Ｄ　ｍｏｄｅｌ；ｒｏｂｕｓｔｎｅｓｓ　

１引言　

目前。国内外学者围绕三维模型数字水印做了大量的探　

索性研究。为从事同方向研究的学者提供了许多新思路．开拓　

了新的研究领域。围绕三维模型数字水印，还有包括大数据容　量水印的鲁棒性、脆弱水印的应用性、ＶＲＭＬ文件的水印嵌入　

方法及其将水印技术向ＣＡＤ系统中的其他形状表示法扩展　

等一系列问题需要进行深入的研究。本课题的研究对于多媒　体数据的产权保护、信息安全与资源共享等具有十分重要的　

理论和实际意义。　

２研究现状　

２．１三维模型水印分类　

三维模型水印可以按照以下标准进行分类：　

定稿日期：２０１卜０８－２６　（１）按照水印的载体可分为：网格水印、体素Ⅱ】水印、参数曲　面水印、三维动画水印和点云模型日水印等五大类水印。　

（２）按工作域可分为：空域水印和变换域水印。　

（３）按提取是否需要原始模型可分为：盲水印和非盲水印。　（４）按鲁棒性可分为：鲁棒水印和脆弱水印。　

此外，还有提取三维模型特征值，在ＩＰＲ（Ｉｎｔｅｌｌｅｃｔｕａｌ　Ｐｒｏｐｅｒｔｙ　ｌ￣ｇｈｔＯ信息数据库注册实现版权保护的零水印技　

术。　

２．２代表性算法　

目前研究的三维数字水印主要分为网格水印、点云模型　

水印和参数曲面水印，其中研究最多的是三维网格水印。　（１）三维网格水印　

三角形相似四元组算法（Ｔｒｉａｎｇｌｅ　Ｓｉｍｉｌａｒｉｔｙ　Ｑｕａｄｒｕｐｌｅ，　ＴｓＱ）四：该类算法利用了相似三角形的概念，用一个二元组　

｛ｂ／ａ，ｈ／ｃ｝来定义一组相似三角形，同时定义该三角形和共享　边的一些相邻的三角形为一个宏嵌入基元（ｍａｃｒｏ－ｅｍｂｅｄｄｉｎｇ　

《计算机与厨络》２０１１年第１

８期　计算机与网络创新生活　网络技术　

ｐｒｉｍｉｔｉｖｅ，ＩＶＩＥＰ）。每个ＭＥＰ存储一个四元组｛Ｍａｒｋｅｒ，　

Ｓｕｂｓｃｒｉｐｔ，Ｄａｔａ１，Ｄａｔａ２｝，其中Ｍａｒｋｅｒ唯一地标识该ＭＥＰ，　用ｉ表示，Ｓｕｂｓｃｒｉｐｔ为索引值，用Ｓ表示，Ｄａｔａ１和Ｄａｔａ２为嵌　

入的水印信息，分别用Ｄ１和Ｄ２表示。由于ＴＳＱ水印算法采　

用相对量作为水印嵌入的目标，因此它可以有效地抵抗平移、　

旋转和均匀缩放等几何操作攻击，但是不能抵抗网格重建和　

顶点重排序攻击，若嵌入水印时采用重复植入水印的方法则　

可抵抗剪切和局部变形的攻击。　

四面体体积比算法（Ｔｅｔｒａｈｅｄｒｏｎ　Ｖｏｌｕｍｅ　Ｐ　ａｔｉｏ，１、，Ｒ）　：　

该类算法利用四面体体积比嵌入水印。通过给定初始边和初　

始遍历方向，构建三角模型的顶点生成树，然后将该顶点生成　

树转换成一个四面体序列，并把该四面体序列中的第一个四　

面体作为分母，得到一个体积比序列，最后把水印嵌入到体积　

比序列中。该算法水印容量大，执行速度快，但对网格重采样、　

多边形简化和顶点重排序等攻击比较脆弱。　

（２）点云模型水印　点云模型是从几何体表面密集采样得到的离散点集合来　

隐式地表示几何形状。与传统三角（多边形）网格模型相比，由　

于点云模型各采样点之间没有连接关系，在处理复杂的三维　

物体时显得特别灵活和简单．同时点也是表示三维物体的几　

何与外观信息的离散构件。这恰如像素是图像的基本数字元　

素。因此，以采样点作为基本元素进行表面几何建模和绘制，　

在计算机图形学领域内受到研究者的广泛关注。　

Ｃｏｔｔｉｎｇ提出了一种点采样几何模型的鲁棒性水印［Ｓｌ，该　

算法需要把点云模型先分成一系列小面片，然后把每个小面　

片映射到一个逼近拉普拉斯算子的特征函数空间上，其目的　

是为了把每个面片的曲面分解到离散的频谱上，最后把水印　

嵌入到频谱的低频部分。Ｏｈｂｕｃｈｉ也提出了一种点云模型数字　

水印算法　。该算法是一种网格水印算法在点云模型上的扩　

展，嵌入水印时首先需要对点云模型进行网格化的预处理，然　

后进行网格频谱分析。这两种点云模型的数字水印算法都是　

属于频域的私有水印算法，在检测水印信息时，都需要原始的　

点云模型信息。　

２．３攻击分析　

数字水印作为版权保护的一种手段，势必受到各种形式　

的攻击，而攻击是对水印强壮性的一种直观的评估方法，故在　

设计数字水印算法时攻击性能的测试是水印算法中一个必不　可少的设计内容。由于图像水印发展最早、最成熟，其评价体　

系也比较完善。如：Ｓｔｉｒｍａｒｋ基准测试程序是一种通用的测试　

图像水印算法鲁棒性的程序。用于测试的攻击手段包括线性　滤波、非线性滤波、剪切、拼接攻击和同步破坏攻击等。三维模　型水印同其他水印类似，也有多种攻击方式。　

３未来的发展方向　

三维模型水印是水印领域中一个新兴的研究方向，国内　外学者围绕三维模型数字水印做了很多探索性的研究，他们　的工作为从事开发和研究的学者提供了许多新思路．开拓了　

新的研究领域，但还有许多未完成的工作，围绕三维模型数字　水印．还有一系列的问题需要进行深入的研究：　（１）鲁棒性水印研究还需要深入进行，其中包括抗剪切、　

抗非均匀缩放和网格简化等操作，以及引入几何噪声造成的　干扰等因素。三维模型数字水印的研究可以借鉴静态图像的　

数字水印的研究思路和方法。尤其是将变换域内的方法引入　

到三维模型水印的研究中。在兼顾数据容量的情况下，提高公　共水印的鲁棒性依然是一个难题。　

（２）脆弱水印的应用性研究还不成熟。其中开发用于检测　

和定位网格修改部位的可视化工具还需不断完善，另外对　

ｖＲＭＩ，模型的授权验证的研究以及３　Ｄ网格多层次的授权验　

证的研究还较少有人涉足。　（３）ＶＲＭＬ文件中嵌入水印方法．ＶＲ　ＭＬ被广泛应用于　

Ｉｎｔｅｍｅｔ上创建充满动感的三维虚拟空间。ＶＲＭＬ文件是文本　

文件。它向ＶＲ２ＶＩＬ浏览器发出如何为虚拟空间创建３１）模型　

的指令。研究ＶＲＮ４Ｌ文件中嵌入水印方法具有直接的实用价　值。　（４）将水印技术向其他形状表示法扩展。自由曲面和的　实体模型扩展，描述物体形状的方法有很多种。如体素表示　

法、ｃ　ｓ　Ｇ树表示，点云模型等。　（５）此外，完善零水印技术所需的仲裁机构，也能很好地　

对三维模型进行保护。　

参考文献　

【１】吴晓军，刘伟军，王天然．基于八叉树的三维网格模型体　

素化方法［Ｊ】．工程图学学报，２００５（４）：１－７．　

【２】安维华，付永刚，张习文．基于图像的点云建模及其真实　感绘制［Ｊ】．计算机工程与应用，２０１０，４６（２０）：４－８．　

【３】Ｒ．０ｈｂｕｃｈｉ，Ｈ．Ｍａｓｕｄａ，Ｍ．Ａｏｎｏ．Ｅｍｂｅｄｄｉｎｇ　ｄａｔａ　ｉｎ　３Ｄ　

ｍｏｄｅｌ　Ｓ【Ｃ】．Ｉｎ：Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ　ｏｆ　Ｅｕｒｏｐｅａｎ　Ｗｏｒｋｓｈｏｐ　ＯＵ　Ｉｎｔｅｒａｃｔｉｖｅ　Ｄｉ　Ｓｔｒｉｂｕｔｅｄ　Ｍｕｌｔｉｍｅｄｉａ　Ｓｙｓｔｅｍｓ　ａｎｄ　

Ｔｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ　Ｓｅｒｖｉｃｅｓ，Ｄａｒｍｓｔａｄｔ，Ｇｅｒｍａｎｙ，１９９７：　

２０１１年第１８期＜计｜＿ｒ机与网络

＞　网络技术　

…　一ｌ■■●●１■一－■……一　■…Ｉ　…　……　…　

卜１　０．　【Ｃ］．Ｉｎ：Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ　ｏｆ　Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ　Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ　

［４】Ｒ．０ｈｂｕｃｈｉ，ＨＩ　Ｍａｓｕｄａ，Ｍ．Ａｏｎｏ．Ｗａｔｅｒｍａｒｋｉｎｇ　Ｓｈａｐｅ　Ｍｏｄｅ１ｉｎｇ　Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ，Ｇｅｎｏｖａ，Ｉｔａｌｙ，２００４：　ｔｈｒｅｅ～ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ　ｐｏｌｙｇｏｎａｌ　ｍｏｄｅｌ　Ｓ［Ｃ】．Ｉｎ：　２３３—２４２．　Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　５ｔｈ　ＡＣＭ　Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ　［６１Ｒ．０ｈｂｕｃｈｉ，Ａ．Ｍｕｋａｉｙａｍａ，Ｓ．Ｔａｋａｈａｓｈｉ．　Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ　０ｎ　Ｍｕｌｔｉｍｅｄｉａ，Ｓｅａｔｔｌｅ，ＵＳＡ，１９９７：２６　Ｗａｔｅｒｍａｒｋｉｎｇ　ａ　３Ｄ　ｓｈａｐｅ　ｍｏｄｅｌ　ｄｅｆｉｎｅｄ　ａｓ　ａ　ｐｏｉｎｔ　卜２７２　ｓｅｔ［Ｃ】．Ｉｎ：Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　２００４　Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ　［５］Ｄ．Ｃｏｔｔｉｎｇ，Ｔ．Ｗｅｙｒｉｃｈ，Ｍ．Ｐａｕｌｙ，ｉ．Ｇｒｏｓ　ｓ．　Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ　ｏｎ　Ｃｙｂｅｒｗｏｒｌｄｓ，Ｔｏｋｙｏ，Ｊａｐａｎ．２００４：　

Ｒｏｂｕｓｔ　ｗａｔｅｒｍａｒｋｉｎｇ　ｏｆ　ｐｏｉｎｔ—ｓａｍｐｌｅｄ　ｇｅｏｍｅｔｒｙ　３９２—３９９・　

博科为云优化数据中心加强应用交付交换的性能和安全性　

近日，博科通过推出Ｂｒｏｃａｄｅ　ＳｅｒｖｅｒＩｒｏｎ　ＡＤＸ　１０００Ｆ　从连接媒介的角度来看，与铜线相比，光纤在最大程度　紧凑型应用交付交换机而提升客户的控制力，包括整　上降低了性能降级的可能性。由于光纤较少受到电气干　

合铜线和光纤连接所带来的优势。此次对屡获殊荣的　扰的影响，它非常适合磁场盖过线缆屏蔽并造成性能降　Ｂｒｏｃａｄｅ　ＡＤＸ　１０００系列进行扩展的目的是为云服务提　级或连接完全丢失的场合。这种抗干扰弱点也是潜在安