基于特征多分辨率层次表征图的三维CAD产品模型数字水印版权保护关键技术研究

3D CAD product model not only possess abundant semantic information but also has characteristics of multi-levels. The protection targets of its Intellectual Property are to support both a multiple levels of detail global model and partial function hotspot regions. Typical watermark techniques of 3D model only focus on meeting invisibility of geometry and protecting a single granularity model, which is difficult to meet the requirement of multi-levels copyright protection of 3D CAD product model. In this project, in order to solve problems of representation of multiple levels of detail granularity and extracting local function hotspot regions, hierarchical graph of feature multi-resolution is firstly introduced. And then, multi-levels robust fractal watermark against attacks of multiple levels of detail and function transparency watermark of local function hotspot regions are researched to solve requirements of multi-levels copyright protection. At last, watermarking mechanisms of assessment, attacks and detection for 3D CAD product model are established. On the basis of theoretical research mentioned above, a prototype system of watermark for 3D CAD product model is developed to verify the validity of algorithms. Our project provides a new idea for resolving practice requirement of copyright protection of 3D CAD product model, which will not only enrich and perfect theories of CAD and Information Hiding but also promote the intersection between different disciplines and form our own characteristics.

三维CAD产品模型不但含有丰富的语义信息，而且具有多层次性的特点，而其知识产权保护既要能支持多细节粒度的全局模型，又要能支持局部的功能热点区域，而传统的三维模型数字水印主要侧重于满足水印模型的几何透明性要求和单一细节粒度的模型保护，很难满足三维CAD产品模型的多层次版权保护需求。本项目根据三维CAD产品模型的特性，引入特征多分辨率层次表征图，解决产品模型的多细节粒度表示和热点功能区域提取的问题；并在该表征图基础上，提出抵抗不同细节粒度攻击的多层次鲁棒性分形水印技术和面向局部功能热点区域的具有功能透明性的数字水印方法,解决CAD产品模型的多层次版权保护需求；并建立数字水印的评估、攻击和检测机制。基于理论研究成果，构建原型系统进行应用验证。本项目基于应用需求，为解决三维CAD产品模型版权保护问题提供了一条新路径，并将丰富和完善计算机辅助设计(CAD)与信息隐藏等理论,促进学科交叉形成自身特色。

随着互联网应用的日趋广泛和计算机辅助技术（CAD）的快速发展，通过网络进行跨公司、跨国、跨领域的产品开发变得越来越普及和频繁，但是在线发布CAD产品模型的形式，使得非法用户能够以低廉的成本复制和传播未经授权的数字产品。如今，产品模型的数据安全己成为影响CAD产品发布的瓶颈之一。由于CAD模型的自身特点，传统的网格数字水印技术无法直接应用于CAD产品模型上。故本项目结合三维CAD产品模型的特征，对CAD模型数字水印研究课题进行系统深入地研究，研究了CAD 产品模型的特征表达，并根据CAD 模型的高保真性要求和多层次的版权保护需求提出了相关的水印算法。主要研究内容包括：三维CAD产品模型的特征多分辨率层次表征图、具有功能透明性的基于产品模型重要特征集的高保形性的数字水印算法、基于CAD产品模型几何特征的量化索引水印算法、基于角度索引的大规模CAD点云模型数字水印算法、抗多细节粒度简化攻击的基于OBBTree的大规模CAD点云模型数字水印算法，并在各个水印算法中研究了水印的检测机制，并评估了CAD产品模型数字水印抵抗各类攻击的鲁棒性性能。本项目基于应用需求，为解决三维 CAD 产品模型版权保护问题提供了一些新的思路和方法。