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 thay đổi hệ số nhúng. Mời các bạn cùng tham khảo!

Thảo Quốc Gia 2015vềvềĐiện ĐiệnTử, Tử,Truyền TruyềnThông Thông TinTin (ECIT 2015) HộiHội Thảo Quốc Gia 2015 Công CôngNghệ NghệThơng Thơng (ECIT 2015) Thủy vân mơ hình 3D Nguyễn Lương Nhật1, Đào Duy Liêm2, Lương Xuân Dẫn3 Học Viện Cơng Nghệ Bưu Chính Viễn Thơng, sở TP Hồ Chí Minh Trường Đại học Cơng Nghệ Sài Gịn Cơng ty TNHH Truyền hình Kỹ thuật số Miền Nam Email: nhatnl@ptithcm.edu.vn, liem.daoduy@stu.edu.vn , danlx@sdtv.vn Abstract— Trong báo chúng tơi trình bày phương pháp chứng thực quyền cho mơ hình lưới 3D thông qua thủy vân Ý tưởng phương pháp nhúng thông tin thủy vân vào lưới 3D cách thay đổi phân bố chuẩn đỉnh hệ tọa độ cầu Hệ thống hoàn chỉnh bao gồm hai chức giấu tách thông tin thủy vân Q trình tách thủy vân thực mà khơng cần mơ hình gốc Kết thử nghiệm cho thấy tính bền vững thủy vân tính suốt mơ hình điều chỉnh cách thay đổi hệ số nhúng II MƠ HÌNH LƯỚI 3D Hóa trị = Keywords- Mơ hình lưới 3D, thủy vân mù, bảo vệ quyền, tọa độ cầu I GIỚI THIỆU Độ = Trong năm gần kỹ thuật thủy vân số trở thành phương pháp ưa chuộng để bảo vệ quyền liệu số Thủy vân tạo nhúng vào liệu, tách rời thủy vân khỏi liệu khơng có phương pháp khóa Bằng việc nhúng thủy vân vào mơ hình lưới 3D (ThreeDimensional), sau tách thủy vân để khẳng định chủ quyền mơ hình 3D Các phương pháp thủy vân mơ hình 3D chủ yếu dựa thay đổi hình học (tọa độ đỉnh) mơ hình Trong [1] tác giả nhúng thủy vân vào mơ hình lưới 3D cách điều chỉnh thứ tự đỉnh tam giác theo khoảng cách ba đỉnh trọng tâm tam giác Trong [2] tác giả đề xuất thuật toán nhúng thủy vân cách thay đổi chiều dài vector nối từ đỉnh đến trọng tâm mơ hình 3D Kết thực nghiệm cho thấy, hai phương pháp mơ hình nhúng thủy vân có biến dạng bền vững trước số cơng đơn giản Kỹ thuật thủy vân phân loại theo nhiều cách khác nhau: thủy vân mù, không mù hay bán mù, thủy vân miền không gian hay miền biến đổi,… Các phương pháp thủy vân mù thường bền vững so với phương pháp không mù, chúng lại ứng dụng thực tế nhiều khơng cần mơ hình ban đầu để trích xuất thủy vân Trong báo chúng tơi trình bày thuật toán thủy vân mù thực miền không gian hệ tọa độ cầu, với việc chọn lựa hệ số nhúng phù hợp nâng cao tính suốt mơ hình 3D hay tính bền vững thơng tin thủy vân Trong phần II mô tả kiến trúc thực tế mơ hình lưới 3D, phần III trình bày thuật toán thủy vân lưới 3D Phần IV cung cấp kết thực nghiệm thuật tốn, cịn phần V thực thí nghiệm cơng tổng kết trình bày phần VI ISBN: 978-604-67-0635-9 (a) (b) Hình (a) Mơ hình lưới 3D mannequin, (b) Hóa trị (valence) đỉnh độ (degree) mặt Trong thực tế mơ hình 3D thường đại diện lưới đa giác Một lưới 3D đặc trưng ba thành phần: đỉnh, cạnh mặt (thường hình tam giác tứ giác) Trong tọa độ đỉnh tạo nên thơng tin hình học lưới cạnh mặt mô tả mối quan hệ liền kề đỉnh tạo thành thông tin kết nối lưới [3] Mơ tả theo tốn học, lưới M chứa NV đỉnh NE cạnh mơ hình hóa M={V, E}, đó: (1)  V  vi  xi , yi , zi  i  1, 2, , NV   E e P  i (j) ( j) , P2  j 1, 2, , N ; P E ( j)  ( j) , P2  1, 2, , NV  (2) Mỗi đỉnh vi mô tả tọa độ ba chiều xi, yi, zi nó, phần tử E biểu diễn cạnh nối hai đỉnh khác đánh số P1(j) P2(j) tương ứng Hình minh họa lưới 3D với “hóa trị” đỉnh số cạnh nối đến đỉnh “độ” mặt số cạnh tạo nên mặt Các đỉnh lân cận đỉnh kết nối trực tiếp với đỉnh cạnh III THỦY VÂN TRÊN MƠ HÌNH 3D Thủy vân mơ hình 3D lĩnh vực kỹ thuật thủy vân số Cấu trúc liệu khác thường mơ hình 3D q trình lấy mẫu không thách thức nhà nghiên cứu kỹ thuật thủy vân, hướng nghiên cứu nhận quan tâm nhà khoa học Trong năm gần đây, công nghệ thực ảo liên tục phát triển phục vụ cho nhu cầu ngày cao người [4], [5] nên việc sở hữu quyền trí tuệ sản phẩm 3D cần quan tâm nhiều 41 41 Hội Thảo Quốc Gia 2015 Điện Tử, Truyền Thông Công Nghệ Thông Tin (ECIT 2015) Hội Thảo Quốc Gia 2015 Điện Tử, Truyền Thơng Cơng Nghệ Thơng Tin (ECIT 2015) Mơ hình gốc Đọc tọa độ đỉnh Chuyển sang tọa độ cầu NHÚNG   arctan yi  i xi   2   i  xi  yi  zi  z i  arccos i i  Watermark Nhúng Watermark Chuyển sang tọa độ Descartes Trong i (thành phần bán kính) gọi chuẩn đỉnh thứ i, và: Mơ hình Nhúng thủy vân  xi   i cos  i sin i   yi   i sin  i sin i  z   cos   i i i TÁCH Watermark Tách Tách Watermark Chuyển sang tọa độ cầu (3) Đọc tọa độ đỉnh (4) A Quá trình nhúng Giá trị đỉnh viD đọc từ mơ hình gốc trước tiên chuyển sang tọa độ cầu viS theo (3) Các chuẩn đỉnh i sử dụng để nhúng thủy vân, hai thành phần i i giữ nguyên Thủy vân đầu vào chuyển thành bit nhị phân nhúng vào chuẩn đỉnh mơ hình 3D Mỗi bit thủy vân wi nhúng vào chuẩn đỉnh i tạo thành i* theo cơng thức: Hình Lưu đồ nhúng tách thủy vân Thuật toán thủy vân đề xuất báo gồm khối chức thể hình bao gồm hai q trình: nhúng tách thơng tin thủy vân để chứng thực quyền Thủy vân (Watermark) sử dụng bit nhị phân, logo hay vài ký tự đặc biệt nhúng vào đỉnh mơ hình lưới 3D hệ tọa độ cầu Giá trị tọa độ đỉnh đại diện cho khoảng cách đỉnh tới trọng tâm mơ hình 3D Gọi viD = {xi, yi, zi} đỉnh thứ i hệ tọa độ Descartes viS = {i, i, i} đỉnh tương ứng hệ tọa độ cầu [6] Mối quan hệ viD viS mô tả (3), (4) hình  i *       mod   w  k k i i k i (5) Sau cùng, chuẩn đỉnh i với thành phần i i chuyển lại tọa độ Descartes theo (4) lưu lại thành mơ hình 3D nhúng thủy vân Hệ số nhúng k sử dụng để cân tính suốt bền vững thuật tốn Trong tính suốt giữ cho mơ hình 3D sau nhúng sai khác so với mơ hình gốc, giữ độ tinh xảo sản phẩm 3D tính bền vững đảm bảo đầu thu tách thủy vân trước cơng khác lên mơ hình Giá trị k lựa chọn tùy theo ứng dụng cụ thể, k tăng tính suốt tăng, tính bền vững giảm ngược lại * B Quá trình tách Để chứng thực quyền cho mơ hình 3D, người chủ sở hữu tiến hành tách thủy vân từ mơ hình Q trình tách diễn tương tự nhúng, giá trị đỉnh viD* đọc từ mơ hình nhúng chuyển sang toa độ cầu viS* Các bit thủy vân wi* tách từ chuẩn đỉnh i* theo công thức:  *  wi   i mod  (6) Với x toán tử lấy phần nguyên x hệ số k giống với trình nhúng Các bit thủy vân tách wi* sau xếp lại theo định dạng ban đầu để chứng thực quyền cho mơ hình 3D * k IV KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM Các kết sau thực Matlab 2015a với thông tin thủy vân logo nhị phân kích thước 60 x 60 bit, mơ hình lưới 3D thí nghiệm dragon 50.000 đỉnh, bunny 34835 đỉnh, crank 50012 đỉnh casting 5096 đỉnh (như hình 4) Để đánh giá chất lượng lưới 3D sau nhúng Hình Mối quan hệ tọa độ Descartes tọa độ cầu 42 42 Thảo Quốc Gia 2015vềvềĐiện ĐiệnTử, Tử,Truyền TruyềnThông Thông TinTin (ECIT 2015) HộiHội Thảo Quốc Gia 2015 Công CôngNghệ NghệThông Thông (ECIT 2015) sử dụng thước đo độ biến dạng cấu trúc lưới MSDM (Mesh Structural Distortion Measure) đề xuất Lavoué [7] Tham số hai mơ hình giống hệt tiến tới hai mơ hình khác 1 MSDM  X, Y    LMSDM  x n n j , yj  j 1      0,1 (7) Với X Y hai mơ hình lưới cần so sánh; n số đỉnh mơ hình; xj, yj lưới cục thứ j xét Giá trị LMSDM cho bởi:  LMSDM  x, y   0.4 L  x, y   0.4C  x, y   0.2 S  x, y  3  (8) Hình Giá trị MSDM NHS nhúng thủy vân bốn mơ hình với hệ số k khác Trong L, C S tương ứng hàm so sánh độ cong, độ tương phản cấu trúc hai lưới: x  y L  x, y   max   x ,  y  x y C  x, y   (10) max   x ,  y   x y   xy S  x, y   Giá trị tham số MSDM sau nhúng bốn mơ hình 0.157605; 0.263408; 0.222072; 0.225251 đảm bảo tính suốt cao thuật toán Để lựa chọn hệ số k thích hợp, chúng tơi thực nhúng thủy vân vào mơ hình 3D với hệ hố k khác nhau, sau tách thủy vân từ mơ hình nhúng Kết ghi nhận qua hai tham số MSDM NHS trình bày hình Từ kết nhận thấy với k ≥ 8.3 mơ hình sau nhúng đạt tính suốt cao (MSDM