1. Trang Chủ
  2. Kĩ thuật Viễn thông
  3. Thủy vân trên mô hình 3D

Thủy vân trên mô hình 3D

Bài viết trình bày một phương pháp chứng thực bản quyền cho các mô hình lưới 3D thông qua thủy vân. Ý tưởng của phương pháp này là nhúng thông tin thủy vân vào các lưới 3D bằng cách thay đổi phân bố các chuẩn đỉnh trong hệ tọa độ cầu. Hệ thống hoàn chỉnh bao gồm hai chức năng là giấu và tách thông tin thủy vân. Quá trình tách thủy vân có thể thực hiện mà không cần mô hình gốc. Kết quả thử nghiệm cho thấy tính bền vững của thủy vân và tính trong suốt của mô hình có thể được điều chỉnh bằng cách t

Thể loại Tài liệu miễn phí Kĩ thuật Viễn thông

Số trang 4

Ngày tạo 4/8/2023 3:54:52 AM +00:00

Loại tệp PDF

Kích thước 0.70 M

Tên tệp

Tải Thủy vân trên mô hình 3D (.pdf)

Xem mẫu

  1. HộiHội Thảo Quốc Thảo Gia Quốc 2015 Gia 2015vềvềĐiện ĐiệnTử, Tử,Truyền TruyềnThông và Công Thông và CôngNghệ NghệThông ThôngTinTin (ECIT (ECIT 2015) 2015) Thủy vân trên mô hình 3D Nguyễn Lương Nhật1, Đào Duy Liêm2, Lương Xuân Dẫn3 Học Viện Công Nghệ Bưu Chính Viễn Thông, cơ sở TP Hồ Chí Minh 1 2 Trường Đại học Công Nghệ Sài Gòn 3 Công ty TNHH Truyền hình Kỹ thuật số Miền Nam Email: nhatnl@ptithcm.edu.vn, liem.daoduy@stu.edu.vn , danlx@sdtv.vn Abstract— Trong bài báo này chúng tôi trình bày một phương pháp chứng thực bản quyền cho các mô hình lưới 3D thông qua II. MÔ HÌNH LƯỚI 3D thủy vân. Ý tưởng của phương pháp này là nhúng thông tin thủy vân vào các lưới 3D bằng cách thay đổi phân bố các chuẩn đỉnh trong hệ tọa độ cầu. Hệ thống hoàn chỉnh bao gồm hai chức năng Hóa trị = 6 là giấu và tách thông tin thủy vân. Quá trình tách thủy vân có thể thực hiện mà không cần mô hình gốc. Kết quả thử nghiệm cho thấy tính bền vững của thủy vân và tính trong suốt của mô hình có thể được điều chỉnh bằng cách thay đổi hệ số nhúng. Keywords- Mô hình lưới 3D, thủy vân mù, bảo vệ bản quyền, tọa độ cầu. I. GIỚI THIỆU Độ = 3 Trong những năm gần đây kỹ thuật thủy vân số trở thành một phương pháp được ưa chuộng để bảo vệ bản quyền dữ liệu số. (a) (b) Thủy vân được tạo ra và nhúng vào dữ liệu, không thể tách rời Hình 1. (a) Mô hình lưới 3D mannequin, (b) Hóa trị (valence) của thủy vân khỏi dữ liệu nếu không có đúng phương pháp và khóa. đỉnh và độ (degree) của mặt Bằng việc nhúng thủy vân vào mô hình lưới 3D (Three- Dimensional), sau đó có thể tách thủy vân ra để khẳng định chủ Trong thực tế các mô hình 3D thường được đại diện bởi các quyền của mô hình 3D. lưới đa giác. Một lưới 3D được đặc trưng bởi ba thành phần: Các phương pháp thủy vân trên mô hình 3D chủ yếu dựa trên đỉnh, cạnh và mặt (thường là hình tam giác hoặc tứ giác). Trong sự thay đổi hình học (tọa độ đỉnh) của mô hình. Trong [1] các khi tọa độ của các đỉnh tạo nên thông tin hình học của lưới thì tác giả nhúng thủy vân vào mô hình lưới 3D bằng cách điều các cạnh và các mặt mô tả các mối quan hệ liền kề giữa các đỉnh chỉnh thứ tự các đỉnh trong mỗi tam giác theo khoảng cách giữa và tạo thành thông tin kết nối của lưới [3]. Mô tả theo toán học, ba đỉnh và trọng tâm của tam giác đó. Trong [2] các tác giả đề một lưới M chứa NV đỉnh và NE cạnh có thể được mô hình hóa xuất một thuật toán nhúng thủy vân bằng cách thay đổi chiều dài bởi M={V, E}, trong đó: vector nối từ đỉnh đến trọng tâm của mô hình 3D. Kết quả thực V   vi  xi , yi , zi  i  1, 2,..., NV  (1) nghiệm cho thấy, trong cả hai phương pháp này mô hình đã nhúng thủy vân ít có sự biến dạng và bền vững trước một số tấn E   e P i 1 (j) ( j) , P2  j 1, 2,..., N ; P E 1 ( j)  , P2  1, 2,..., NV  (2) ( j) công đơn giản. Mỗi đỉnh vi được mô tả bởi tọa độ ba chiều xi, yi, zi của nó, Kỹ thuật thủy vân có thể phân loại theo nhiều cách khác mỗi phần tử trong E biểu diễn một cạnh nối hai đỉnh khác nhau nhau: thủy vân mù, không mù hay bán mù, thủy vân miền không được đánh số P1(j) và P2(j) tương ứng. Hình 1 minh họa về lưới gian hay miền biến đổi,… Các phương pháp thủy vân mù thường 3D với “hóa trị” của một đỉnh là số cạnh nối đến đỉnh đó và “độ” ít bền vững hơn so với phương pháp không mù, nhưng chúng lại của một mặt là số cạnh tạo nên mặt đó. Các đỉnh lân cận là các được ứng dụng trong thực tế nhiều hơn khi không cần mô hình đỉnh được kết nối trực tiếp với đỉnh đó bằng một cạnh. ban đầu để trích xuất thủy vân. Trong bài báo này chúng tôi trình bày một thuật toán thủy vân mù được thực hiện trên miền không III. THỦY VÂN TRÊN MÔ HÌNH 3D gian tại hệ tọa độ cầu, với việc chọn lựa hệ số nhúng phù hợp có Thủy vân trên mô hình 3D là một lĩnh vực mới của kỹ thuật thể nâng cao tính trong suốt của mô hình 3D hay tính bền vững thủy vân số. Cấu trúc dữ liệu khác thường của mô hình 3D do của thông tin thủy vân. quá trình lấy mẫu không đều là một thách thức đối với các nhà Trong phần II chúng tôi sẽ mô tả kiến trúc thực tế của mô nghiên cứu về kỹ thuật thủy vân, vì vậy hướng nghiên cứu này hình lưới 3D, phần III sẽ trình bày về thuật toán thủy vân trên nhận được ít sự quan tâm của các nhà khoa học. Trong những các lưới 3D. Phần IV cung cấp các kết quả thực nghiệm của thuật năm gần đây, công nghệ thực tại ảo liên tục phát triển phục vụ toán, còn phần V sẽ thực hiện các thí nghiệm tấn công và tổng cho nhu cầu ngày càng cao của con người [4], [5] nên việc sở kết được trình bày ở phần VI. hữu bản quyền trí tuệ của các sản phẩm 3D cần được quan tâm nhiều hơn nữa. ISBN: 978-604-67-0635-9 41 41
  2. Hội Thảo Quốc Gia 2015 về Điện Tử, Truyền Thông và Công Nghệ Thông Tin (ECIT 2015) Hội Thảo Quốc Gia 2015 về Điện Tử, Truyền Thông và Công Nghệ Thông Tin (ECIT 2015)   arctan yi Mô hình gốc Watermark  i xi     i  xi  yi  zi 2 2 2 (3) Đọc tọa độ Chuyển sang Nhúng Chuyển sang tọa  z các đỉnh tọa độ cầu Watermark độ Descartes i  arccos i  i Trong đó i (thành phần bán kính) được gọi là chuẩn đỉnh NHÚNG thứ i, và: Mô hình đã Nhúng thủy vân  xi   i cos  i sin i TÁCH   yi   i sin  i sin i (4) Watermark  z   cos  Tách được  i i i Tách Chuyển sang Đọc tọa độ A. Quá trình nhúng Watermark tọa độ cầu các đỉnh Giá trị các đỉnh viD đọc được từ mô hình gốc trước tiên sẽ Hình 2. Lưu đồ nhúng và tách thủy vân được chuyển sang tọa độ cầu viS theo (3). Các chuẩn đỉnh i được sử dụng để nhúng thủy vân, còn hai thành phần i và i được giữ Thuật toán thủy vân được đề xuất trong bài báo này gồm các nguyên. Thủy vân đầu vào sẽ được chuyển thành các bit nhị phân khối chức năng chính được thể hiện như trong hình 2 bao gồm và nhúng vào các chuẩn đỉnh của mô hình 3D. hai quá trình: nhúng và tách thông tin thủy vân để chứng thực Mỗi bit thủy vân wi được nhúng vào một chuẩn đỉnh i và bản quyền. Thủy vân (Watermark) được sử dụng có thể là các tạo thành i* theo công thức: bit nhị phân, một logo hay vài ký tự đặc biệt nào đó sẽ được nhúng vào các đỉnh của mô hình lưới 3D tại hệ tọa độ cầu. i  *   .2   2 .  mod 2   w  .2 i k k i i k (5) Giá trị tọa độ các đỉnh đại diện cho khoảng cách giữa mỗi Sau cùng, chuẩn đỉnh i cùng với các thành phần i và i * đỉnh tới trọng tâm mô hình 3D. Gọi viD = {xi, yi, zi} là đỉnh thứ i được chuyển lại tọa độ Descartes theo (4) và lưu lại thành mô trong hệ tọa độ Descartes và viS = {i, i, i} là đỉnh tương ứng hình 3D đã nhúng thủy vân. Hệ số nhúng k sử dụng để cân bằng trong hệ tọa độ cầu [6]. Mối quan hệ giữa viD và viS được mô tả tính trong suốt và bền vững của thuật toán. Trong khi tính trong bởi (3), (4) và hình 3. suốt sẽ giữ cho mô hình 3D sau khi nhúng ít sai khác nhất so với mô hình gốc, cũng như giữ được độ tinh xảo trong các sản phẩm 3D thì tính bền vững sẽ đảm bảo đầu thu luôn tách được thủy vân đúng trước những tấn công khác nhau lên mô hình. Giá trị k sẽ được lựa chọn tùy theo từng ứng dụng cụ thể, k càng tăng thì tính trong suốt càng tăng, tính bền vững càng giảm và ngược lại. B. Quá trình tách Để chứng thực bản quyền cho mô hình 3D, người chủ sở hữu sẽ tiến hành tách thủy vân từ mô hình. Quá trình tách diễn ra tương tự như khi nhúng, giá trị các đỉnh viD* đọc được từ mô hình đã nhúng sẽ chuyển sang toa độ cầu viS*. Các bit thủy vân wi* sẽ được tách từ các chuẩn đỉnh i* theo công thức:  wi   2 .i mod 2  * k *  (6) Với x là toán tử lấy phần nguyên của x và hệ số k giống với quá trình nhúng. Các bit thủy vân tách được wi* sau đó sẽ được sắp xếp lại theo định dạng ban đầu để chứng thực bản quyền cho mô hình 3D. IV. KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM Các kết quả sau đây được thực hiện trên Matlab 2015a với thông tin thủy vân là một logo nhị phân kích thước 60 x 60 bit, Hình 3. Mối quan hệ giữa tọa độ Descartes và tọa độ cầu các mô hình lưới 3D thí nghiệm lần lượt là dragon 50.000 đỉnh, bunny 34835 đỉnh, crank 50012 đỉnh và casting 5096 đỉnh (như hình 4). Để đánh giá chất lượng của các lưới 3D sau khi nhúng 42 42
  3. HộiHội Thảo Quốc Thảo Gia Quốc 2015 Gia 2015vềvềĐiện ĐiệnTử, Tử,Truyền TruyềnThông và Công Thông và CôngNghệ NghệThông ThôngTinTin (ECIT (ECIT 2015) 2015) chúng tôi sử dụng thước đo độ biến dạng cấu trúc lưới MSDM (Mesh Structural Distortion Measure) được đề xuất bởi Lavoué [7]. Tham số này bằng 0 khi hai mô hình giống hệt nhau và tiến tới 1 khi hai mô hình rất khác nhau. 1 1 MSDM  X, Y    LMSDM  x n , yj  3  3   0,1 (7)  n  j j 1 Với X và Y là hai mô hình lưới cần so sánh; n là số đỉnh của mô hình; xj, yj là lưới cục bộ thứ j đang xét. Giá trị LMSDM được cho bởi: 1  LMSDM  x, y   0.4 L  x, y   0.4C  x, y   0.2 S  x, y  3 3 3  3 (8) Trong đó L, C và S tương ứng là hàm so sánh độ cong, độ Hình 6. Giá trị MSDM và NHS khi nhúng thủy vân trên bốn mô hình với các hệ số k khác nhau tương phản và cấu trúc của hai lưới: x  y Giá trị tham số MSDM sau khi nhúng của bốn mô hình trên L  x, y   (9) max   x ,  y  lần lượt là 0.157605; 0.263408; 0.222072; 0.225251 đảm bảo tính trong suốt cao của thuật toán. Để lựa chọn hệ số k thích hợp, x y chúng tôi thực hiện nhúng thủy vân vào các mô hình 3D với các C  x, y   (10) max   x ,  y  hệ hố k khác nhau, sau đó tách thủy vân từ mô hình đã nhúng. Kết quả ghi nhận được qua hai tham số MSDM và NHS được  x y   xy trình bày như trong hình 6. S  x, y   (11) Từ các kết quả trên chúng tôi nhận thấy với k ≥ 8.3 thì các  x y mô hình sau khi nhúng đạt được tính trong suốt cao (MSDM Với x, x và xy tương ứng là giá trị trung bình, độ lệch
  4. HộiHội Thảo Quốc Thảo Gia Quốc 2015 Gia 2015vềvềĐiện ĐiệnTử, Tử,Truyền TruyềnThông và Công Thông và CôngNghệ NghệThông ThôngTinTin (ECIT (ECIT 2015) 2015) VI. TỔNG KẾT Trong bài báo này chúng tôi giới thiệu một thuật toán thủy vân trên mô hình lưới 3D, từ đó có thể ứng dụng trong việc bảo (a) NHS=1 (b) NHS=1 (c) NHS=0.72 (d) NHS=0.74 vệ bản quyền cho các mô hình 3D. Thủy vân được nhúng trực tiếp vào mô hình trên miền không gian với hệ số nhúng k có thể thay đổi được để giữ tính trong suốt cho mô hình, đảm bảo rằng mô hình 3D sau khi nhúng có rất ít sự biến đổi so với ban đầu. Chúng tôi cũng đã thực hiện rất nhiều loại tấn công với nhiều biên độ khác nhau lên các mô hình đã nhúng, sau đó tiến hành (e) NHS=0.99 (f) NHS=0.68 (g) NHS=1 (h) NHS=0.51 tách thủy vân để kiểm tra tính bền vững của phương pháp. Kết quả cho thấy khi giảm dần hệ số k thì tính bền vững của thủy vân Hình 8. Thủy vân tách được từ các mô hình bị tấn công tương ứng càng tăng trước một số loại tấn công khác nhau. Từ đó có thể lựa với k = 9 chọn hệ số k phù hợp với các ứng dụng cụ thể nhằm cân bằng giữa tính trong suốt và tính bền vững của thủy vân. Hướng BẢNG 1. GIÁ TRỊ THAM SỐ NHS CỦA THỦY VÂN TÁCH ĐƯỢC SAU TẤN CÔNG VÀ THỦY VÂN BAN ĐẦU nghiên cứu tiếp theo của chúng tôi là thực hiện nhúng thủy vân trên các miền biến đổi để tăng tính bền vững của thủy vân trước nhiều loại tấn công khác nhau. K=9 K=19 Loại tấn công TÀI LIỆU THAM KHẢO Crank.off Bunny.off Crank.off Bunny.off [1] Xiaoqing Feng, Yanan Liu, “A Robust, Blind and Imperceptible Chưa tấn công 1 1 1 1 Watermarking of 3D Mesh Models Base on Redundancy Information”, International Journal of Digital Content Technology Chia nhỏ 1 1 1 1 and its Applications (JDCTA), vol.6, no.2, February 2012. [2] Yu Zhi-qiang, Horace H. S. Ip, L. F. Kowk, “Robust Watermarking Cắt xén 30% 0.7253 1 0.6136 0.7133 of 3D Polygonal Models Based on Vertice Scrambling”, Proceedings of the Computer Graphics International, 2003. Đơn giản hóa 0.7486 0.7253 0.6939 0.6856 [3] K. Wang, G. Lavoué, F. Denis, and A. Baskurt, “Blind Watermarking of Three-Dimensional Meshes Review: Recent Advances and Future Lượng tử 0.9983 1 0.5041 0.5003 Opportunities”, IGI Global, 2010. [4] Mingsong Dou, H. Fuchs, “Temporally enhanced 3D capture of Làm mịn 0.7311 0.7858 0.4983 0.4886 room-sized dynamic scenes with commodity depth cameras”, Virtual Reality (VR), 2014 IEEE , pp.39-44, March 29 2014-April 2. Nhiễu 0.25% 1 1 0.4992 0.4956 [5] A. Rizzo, A. Hartholt, M. Grimani, A. Leeds, M. Liewer, "Virtual Reality Exposure Therapy for Combat-Related Posttraumatic Stress Nhiễu 0.5 % 0.6467 0.7022 0.4975 0.5103 Disorder," Computer , vol.47, no.7, pp.31-37, July 2014. [6] Mohsen Ashourian, Reza Enteshari, Jeonghee Jeon, “Digital Biến đổi tương Watermarking of Three-dimensional Polygonal Models in the tự 0.5092 0.5108 0.5012 0.4953 Spherical Coordinate System”, Proceedings of the Computer Graphics International (CGI’04), IEEE 2004, pp. 590-593. [7] G. Lavou´e, E. D. Gelasca, F. Dupont, A. Baskurt, and T. Ebrahimi, Dựa vào các kết quả trên, chúng tôi nhận thấy với k ≈ 9 thuật “Perceptually driven 3D distance metrics with application to toán thủy vân bền vững trước các loại tấn công như: chia nhỏ, watermarking,” in Proc. of the SPIE Electronic Imaging, 2006, vol. thêm nhiễu, lượng tử và cắt xén, đặc biệt trước tấn công chia nhỏ 6312, pp. 63120L.1–63120L.12. điểm giữa. Thuật toán cũng kém bền vững trước những tấn công: [8] K. Wang, G. Lavoué, F. Denis, and A. Baskurt (2010), “A benchmark chuyển đổi tương tự, làm mịn và đơn giản hóa. Tuy nhiên khi k for 3D mesh watermarking”, IEEE International Conference on Shape Modeling and Applications (SMI) 2010, pp. 231-235, Aug. tăng lên thì tính bền vững sẽ kém đi trước các tấn công thêm 2010. nhiễu, lượng tử và cắt xén. 44 44
nguon tai.lieu . vn
Kiến trúc - Xây dựng Tự động hoá Điện - Điện tử Kĩ thuật Viễn thông Cơ khí - Chế tạo máy Năng lượng Hoá dầu Hoá học Sinh học