KR100940451B1 - Apparatus for watermarking 3d mesh model using spherical surface parameter technique and method thereof - Google Patents
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Abstract
구면 파라미터기법을 이용한 3 차원 메쉬 모델의 워터마킹 방법은, 3 차원 메쉬 모델의 좌표를 직교좌표계로 설정하고, 직교좌표계로 설정된 3 차원 메쉬 모델의 좌표를 구면좌표계로 변환하고, 구면좌표계로 변환된 3 차원 메쉬 모델에 구면 파라미터 기법을 적용하고, 구면 파라미터 기법이 적용된 3 차원 메쉬 모델에 워터마크를 삽입하는 단계를 포함한다. 구면 파라미터 기법은 3 차원 데이터 처리에서 광범위하게 응용되는 기법으로서 직교좌표계에서 판단이 불가능한 3 차원 메쉬 모델의 꼭지점 좌표의 특성을 구면 파라미터기법을 적용한 후 효과적으로 분석하고 처리할 수 있다. 즉, 구면 파라미터 기법을 이용함으로써 3 차원 메쉬 모델의 기하학적 정보와 위상정보의 특성을 구면 모델에서 분석하고 꼭지점의 추가와 위상정보의 수정을 통하여 워터마크를 삽입한다. 본 알고리즘은 저작권 보호용 워터마킹 알고리즘으로 사용가능하며, 그 외 평활화 공격에 강인한 메쉬 세분화용 알고리즘으로도 사용가능하다. The watermarking method of the 3D mesh model using the spherical parameter technique is to set the coordinates of the 3D mesh model to the Cartesian coordinate system, convert the coordinates of the 3D mesh model set to the Cartesian coordinate system into the spherical coordinate system, and convert the coordinates into the spherical coordinate system. Applying a spherical parameter technique to the three-dimensional mesh model, and inserting a watermark into the three-dimensional mesh model to which the spherical parameter technique is applied. Spherical parameter technique is widely applied in 3D data processing and can effectively analyze and process the vertex coordinates of 3D mesh model that cannot be determined in Cartesian coordinate system after applying spherical parameter technique. In other words, by using the spherical parameter technique, the geometric and phase information characteristics of the 3D mesh model are analyzed in the spherical model, and the watermark is inserted through the addition of vertices and the correction of the phase information. This algorithm can be used as a watermarking algorithm for copyright protection, and can also be used as a mesh segmentation algorithm that is robust against smoothing attacks.
3 차원 메쉬 모델, 구면 좌표계, 직교 좌표계, 구면 파라미터기법, 워터마킹 3D mesh model, spherical coordinate system, Cartesian coordinate system, spherical parameterization, watermarking
Description
본 발명은 3 차원 영상에 대한 워터마크 삽입/추출 장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 직교좌표계에서 판단이 불가능한 3차원 메쉬 모델의 특성을 구면 파라미터기법을 적용하여 분석한 후 워터마크를 삽입/추출하는 장치 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus and method for inserting / extracting watermarks for three-dimensional images. More particularly, the present invention analyzes the characteristics of a three-dimensional mesh model that cannot be determined in a Cartesian coordinate system by applying spherical parameter techniques to insert a watermark. Device and method for extracting.
최근들어 인터넷을 이용한 정보의 제공과 유통에 따라서 다양한 형태의 디지털 저작물이 등장하고 있다. 그러나, 디지털 저작물은 그 특성상 저작권 보호에 많은 문제점을 내포하고 있다. 정보의 저장이나 변환등이 용이하여 인터넷 등의 개방된 공간에서는 어떠한 제한도 없이 다량의 복제가 가능하고, 복제 후에도 원본과 동일한 데이터 정보를 유지할 뿐만 아니라 저작자의 동의없이 배포가 가능하므로 저작자의 저작권을 보호하기 어려운 것이 현실이다.Recently, various forms of digital works have appeared in accordance with the provision and distribution of information using the Internet. However, digital works have many problems in copyright protection due to their characteristics. It is easy to store or convert information, so that a large amount of copying is possible without any limitation in open spaces such as the Internet, and after copying, it not only maintains the same data information as the original, but also distributes without the author's consent. The reality is that it is difficult to protect.
이렇게 발생하는 저작권 침해 문제는 날로 그 심각성을 더하고 있어서, 이를 해결하기 위한 많은 법적, 제도적, 기술적 해결책이 고안되고 있다. 이를 위해 데이터에 대하여 암호화 작업을 하여 특정 사용자만이 해당 정보를 이용할 수 있도록하는 장치과 데이터에 저작권 정보를 은닉하여 사용자에게 전달하여 해당 데이터에는 외부적으로 변형을 가하지 않도록 하는 디지털 워터마킹 기술 등이 상기에서 언급된 문제점들을 해결할 수 있는 기술적 해결책이라고 할 수 있다. This problem of copyright infringement is increasing in seriousness, and many legal, institutional and technical solutions have been devised. To this end, a digital watermarking technology for encrypting data to allow a specific user to access the information and a digital watermarking technology to conceal copyright information on the data and transmit the copyright information to the user so that the data is not externally modified. It is a technical solution to solve the problems mentioned in.
즉, 워터마킹은 디지털 데이터의 저작권 보호 기술로서, 디지털 컨텐츠를 위한 저작권 표시 및 증명 기술이라고 할 수 있다. 좀 더 구체적으로, 워터마킹은 저작권 정보를 데이터에 은닉하고, 은닉된 저작권 정보를 다시 검출함으로써 데이터의 변조와 위조를 탐지하고, 저작자의 소유권을 주장할 수 있도록 하는 방법이다.In other words, watermarking is a copyright protection technology for digital data and may be referred to as a copyright display and verification technology for digital content. More specifically, watermarking is a method of concealing copyright information to data and re-detecting the concealed copyright information to detect tampering and forgery of the data and to claim ownership of the author.
워터마킹 기술 개발 초기에는 2 차원 영상에 대한 워터마크의 삽입/추출 장치가 주를 이루었으나, 최근에는 캐드, 애니메이션, 가상 현실 등에서 3 차원 영상이 널리 사용되고 있는바, 현재로서는 3 차원 영상에 저작자만이 해독할 수 있는 정보를 삽입하여 이를 저작권의 근거로 사용하고자 하는 연구가 활발히 되고 있다. In the early stage of the development of watermarking technology, watermark embedding / extraction device for 2D image was mainly used, but recently 3D image is widely used in CAD, animation, virtual reality, etc. Research into inserting this decipherable information and using it as a basis for copyright has been actively conducted.
3 차원 영상에 대한 표현 장치 중에서 널리 사용되고 있는 방식이 메쉬 (mesh) 구조이다. 메쉬 구조는 기본적으로 꼭지점과 이들을 연결하는 정보로 이루어져 있다. 메쉬 구조에 정보를 삽입하기 위해서는 꼭지점과 연결정보에 약간의 변형을 가하게 된다. 그런데 3 차원 영상은 같은 모습의 모델이라도 그 표현 방식, 즉 꼭지점의 좌표, 연결정보의 조합이 무한하다. 또한, 회전, 병진 등의 변환이 가능하다. 이렇게 자유도가 높은 3 차원 영상에 삽입한 은닉 정보 (워터마크) 가 일상적으로 가해지는 변환들과 의도적인 공격에 살아남도록 하는 것 이 큰 과제이다. One of the widely used expression apparatus for 3D images is a mesh structure. The mesh structure basically consists of vertices and information connecting them. In order to insert information into the mesh structure, some modifications are made to the vertices and the connection information. However, even in the same model, the three-dimensional image has an infinite combination of expression methods, that is, coordinates of vertices and connection information. In addition, conversion of rotation, translation, etc. is possible. It is a big challenge to ensure that hidden information (watermarks) inserted in such a high degree of freedom 3D image survives the transformations and intentional attacks that are routinely applied.
3 차원 메쉬 모델에 대한 워터마크 삽입/추출 장치 중 하나로서, 3 차원 영상에 대하여 좌표점에 근거한 직교좌표계에서 워터마크를 삽입/추출하는 장치가 있으나, 직교좌표계에서 판단이 불가능한 3 차원 메쉬 모델에 대한 워터마크 삽입/추출 장치의 필요성이 대두되는바, 이하에서는 이와 관련하여 살펴본다. As one of the watermark insertion / extraction apparatuses for the 3D mesh model, there is a device that inserts / extracts the watermark from the Cartesian coordinate system based on the coordinate point with respect to the 3D image. There is a need for a watermark insertion / extraction device, which will be described below.
본 발명의 목적은 3 차원 메쉬 모델에 워터마트를 삽입하는 장치 및 방법을 제공하는 것이다.It is an object of the present invention to provide an apparatus and method for inserting a watermart into a three-dimensional mesh model.
본 발명의 다른 목적은 직교좌표계에서 판단이 불가능한 3 차원 메쉬 모델에 워터마크를 삽입하는 장치 및 방법을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide an apparatus and method for embedding a watermark in a three-dimensional mesh model that cannot be determined in a rectangular coordinate system.
본 발명의 또 다른 목적은 3 차원 영상의 회전 또는 병진 등과 같은 변환에 강인한 구면좌표계를 사용하여 3 차원 영상에 워터마크를 삽입하는 장치 및 방법을 제공하는 것이다.It is still another object of the present invention to provide an apparatus and method for inserting a watermark into a 3D image using a spherical coordinate system that is robust to transformation such as rotation or translation of the 3D image.
본 발명의 또 다른 목적은 원본 없이도 워터마크를 추출할 수 있도록 하는 워터마크 삽입 장치 및 방법을 제공하는 것이다.Still another object of the present invention is to provide a watermark embedding apparatus and method for extracting a watermark without an original.
본 발명의 또 다른 목적은 메쉬 모델의 평활화 처리시, 모델의 부피가 지나치게 변형되는 경향을 막기 위한 메쉬 세분화 방법 및 장치를 제공하는 것이다. It is still another object of the present invention to provide a mesh refinement method and apparatus for preventing the tendency of the volume of the model to be excessively deformed during the smoothing process of the mesh model.
본 발명의 일 실시형태는, 3 차원 메쉬 모델의 좌표를 직교좌표계로 설정하는 단계, 직교좌표계로 설정된 3 차원 메쉬 모델의 좌표를 구면좌표계로 변환하는 단계, 구면좌표계로 변환된 메쉬 모델에 구면 파라미터기법을 적용하는 단계, 및 구면 파라미터기법이 적용된 3 차원 메쉬 모델에 워터마크를 삽입하는 단계를 포함하는, 워터마크 삽입 방법이다. One embodiment of the present invention, the step of setting the coordinates of the three-dimensional mesh model in the Cartesian coordinate system, converting the coordinates of the three-dimensional mesh model set in the Cartesian coordinate system to the spherical coordinate system, spherical parameters in the mesh model converted to the spherical coordinate system And applying a watermark to the three-dimensional mesh model to which the spherical parameter technique is applied.
또한, 본 발명의 다른 실시형태는, 3 차원 메쉬 모델의 좌표를 직교좌표계로 설정하는 단계, 기준 꼭지점을 설정하여 구면 좌표계의 중심점으로서 설정하고, 설정된 구면 좌표계의 중심점을 기준으로 하여, 3 차원 메쉬 모델 좌표를 구면좌표계로 변환하는 단계, 구면 좌표계 (r, θ, Ψ) 의 변수 중 위도 (θ) 및 경도 (Ψ) 를 이용하여, 구면좌표계로 변환된 메쉬 모델에 구면 파라미터기법을 적용하는 단계, 및 워터마크 정보를 생성하고, 메쉬 모델을 분할하고, 분할된 메쉬 모델에 워터마크를 삽입하는 단계를 포함하는 워터마크 삽입 방법이다. In addition, another embodiment of the present invention, the step of setting the coordinates of the three-dimensional mesh model to the Cartesian coordinate system, the reference vertex is set as the center point of the spherical coordinate system, and based on the center point of the set spherical coordinate system, the three-dimensional mesh Converting model coordinates into spherical coordinate system, and applying spherical parameter technique to mesh model converted to spherical coordinate system using latitude (θ) and longitude (Ψ) among the variables of spherical coordinate system (r, θ, Ψ) And generating watermark information, dividing the mesh model, and inserting the watermark into the divided mesh model.
또한, 본 발명의 또 다른 실시형태는, 3 차원 메쉬 모델의 좌표를 직교좌표계로 설정하는 단계, 직교좌표계로 설정된 3 차원 메쉬 모델의 좌표를 구면좌표계로 변환하는 단계, 구면좌표계로 변환된 메쉬 모델에 구면 파라미터기법을 적용하는 단계, 및 을 계산한 후, 삽입하려는 정보가 1 이면, 을 계산하고, 삽입하려는 정보가 0 이면, 을 계산한 후, 꼭지점 (l) 을 메쉬 모델에 추가하고 면 정보를 수정한 후, 메쉬 모델의 부분 집합 전체에 대해 상기 과정들을 반복한 후, 분할된 부분 집합들을 재구성하여 워터마킹된 메쉬 모델을 획득하는, 워터마크 삽입 단계를 포함하는 워터마크 삽입 방법이다. (여기서, 는 각각 원래의 3 차원 메쉬 모델의 세 꼭지점 (i,j,k) 의 구면좌표임.)Further, another embodiment of the present invention, the step of setting the coordinates of the three-dimensional mesh model in the Cartesian coordinate system, the step of converting the coordinates of the three-dimensional mesh model set in the Cartesian coordinate system to the spherical coordinate system, the mesh model converted to the spherical coordinate system Applying a spherical parameter technique to the, and After calculating, if the information you want to insert is 1, If the information you want to insert is 0, After calculating, add the vertex ( l ) to the mesh model, modify the face information, repeat the above steps for the entire subset of the mesh model, and then reconstruct the divided subsets to form a watermarked mesh model. A watermark embedding method comprising the step of obtaining a watermark. (here, Are the spherical coordinates of the three vertices (i, j, k) of the original three-dimensional mesh model.)
또한, 본 발명의 또 다른 실시형태는, 3 차원 메쉬 모델에서 각 꼭지점들의 1-링(ring) 값을 구하는 단계, 꼭지점들의 1-링 값에 기초하여, 인 꼭지점들을 선택하는 단계, 선택한 꼭지점들의 질량 중심을 구하고, 질량 중심을 구면 좌표계의 중심점으로 설정하는 단계, 메쉬 모델을 질량 중심으로 이동하여, 구면 파라미터기법을 적용하는 단계, 꼭지점 l 과 꼭지점 i 및 j 가 이루는 삼각면의 면적, 꼭지점 l 과 꼭지점 j 및 k 가 이루는 삼각면의 면적, 및 꼭지점 l 과 꼭지점 k 및 i 가 이루는 삼각면의 면적을 구하고, 삼각면의 면적들이 같으면 워터마크가 삽입되었다고 판단하는 단계, 및 메쉬 모델의 꼭지점 에 대해, 를 구하여, 이면 =1 로, 이면 =0 으로 판정함으로써 워터마크를 추출하는 단계를 포함하는, 워터마크 추출 방법이다. (다만, 꼭지점 ={i} 와 인접한 꼭지점의 집합을 ={i} 의 1-링 이라 하며 로 표시하고, 의 인접 꼭지점의 개수를 1-링 값이라고 하며 로 표시함. 또한, 는 메쉬 모델의 내부 꼭지점에서 1-링 값이 =12, =6 인 꼭지점을 제거한 집합을 의미하며, 는 메쉬 모델의 경계 꼭지점에서 =7 인 꼭지점을 제거한 집합을 의미함.)Further, another embodiment of the present invention is to obtain a 1-ring value of each vertex in the three-dimensional mesh model, based on the 1-ring value of the vertices, Selecting vertices, obtaining the center of mass of the selected vertices, setting the center of mass to the center of the spherical coordinate system, moving the mesh model to the center of mass, applying spherical parametric techniques, vertices l and vertices i, and Find the area of the triangle formed by j, the area of the triangle formed by vertices l and vertices j and k, and the area of the triangle formed by vertices l and vertices k and i. Determining, and the vertices of the mesh model About, To obtain Back side = 1, Back side And extracting the watermark by judging = 0. (But vertex sets a set of vertices adjacent to = {i} is called the 1-ring of = {i} , And The number of adjacent vertices in is called the 1-ring value. Marked as. Also, Is a 1-ring value at the inner vertices of the mesh model. = 12, Means a set with no vertices = 6, At the boundary vertex of the mesh model Means a set with no vertices = 7)
본 발명은 구면 파라미터기법을 이용하여 꼭지점 좌표의 특성을 효과적으로 이용함으로써, 직교좌표계에서 판단이 불가능한 3 차원 메쉬 모델에 워터마크를 효과적으로 삽입하는 방법을 제공한다. 또한, 본 발명은 상기와 같은 방법으로 워터마크가 삽입된 경우에, 원본이 필요 없이 3 차원 영상의 워터마크 정보를 추출할 수 있도록 한다. 또한, 본 발명은 이동, 스케일링, 회전 등 전형적인 기하학적인 변환에 강인하고, 메쉬 순서정렬, 파일 포맷 변환에서도 강인성을 유지하고, 평활화 등의 공격에서 좋은 성능을 보여주는 워터마크 방법 및 장치를 제공한다.The present invention provides a method of effectively inserting a watermark into a three-dimensional mesh model that cannot be determined in a rectangular coordinate system by effectively using the characteristics of vertex coordinates using spherical parameter techniques. In addition, when the watermark is inserted in the above-described manner, the present invention can extract the watermark information of the 3D image without the need for the original. In addition, the present invention provides a watermark method and apparatus that is robust to typical geometric transformations such as movement, scaling, and rotation, maintains robustness in mesh ordering, file format conversion, and shows good performance in attacks such as smoothing.
본 발명은 구면 파라미터 기법을 이용하여 3 차원 메쉬 모델에 워터마크를 삽입하는 방법과 워터마크가 삽입된 모델로부터 워터마크를 추출하는 방법에 관한 것인바, 이하에서는 우선 3 차원 메쉬 모델의 개념을 간단히 살펴본다. The present invention relates to a method of embedding a watermark in a 3D mesh model using a spherical parameter technique and a method of extracting a watermark from a model having a watermark embedded therein. Take a look.
Ⅰ. 3 차원 I. 3d 메쉬Mesh 모델 개념 Model concept
도 1 은 삼각 메쉬 모델을 구성하는 꼭지점, 모서리, 삼각형 면의 구성요소를 나타낸다. 여기서, 꼭지점은 보통 꼭지점의 좌표로 표현하며, 모서리 (변) 는 두 개의 꼭지점들의 연결, 삼각형 면은 세 개의 꼭지점의 연결로 표현하지만, 경우에 따라서 꼭지점은 모서리 표 또는 다각형 면 표로 표현될 수 있고, 모서리는 두 개의 삼각면이 만나서 이루어지는 것으로 표현될 수 있으며, 삼각형 면은 세 개의 모서리가 만나서 이루어지는 것으로 표현될 수 있다. 1 illustrates components of vertices, edges, and triangular faces that form a triangular mesh model. Here, the vertex is usually expressed in the coordinates of the vertex, the edge (side) is represented by the connection of the two vertices, the triangle face is represented by the connection of the three vertices, but in some cases the vertex may be represented by the corner table or polygonal table , The corner may be represented by two triangular surfaces meet, and the triangular surface may be represented by three corners.
도 2 는 꼭지점, 모서리, 및 삼각면으로 표현되는 메쉬 모델을 과정에 따라 서 보여준 것이다. 도 2 (a) 는 꼭지점들로만 표현되는 "man" 모델의 메쉬 모델을 나타낸 것이고, 도 2 (b) 는 꼭지점들 및 이 꼭지점들을 이어서 형성된 변을 이용하여 표현한 "man" 모델의 메쉬 모델을 나타낸 것이며, 도 2 (c) 는 꼭지점들, 이 꼭지점들을 이어서 형성된 변들, 및 이 변들이 형성하는 면들을 이용하여 표현한 "man" 모델의 메쉬 모델을 나타낸 것이며, 도 2 (d) 는 완성된 모델을 나타낸다. 2 shows a mesh model represented by vertices, edges, and triangles according to a process. FIG. 2 (a) shows a mesh model of a "man" model represented only by vertices, and FIG. 2 (b) shows a mesh model of a "man" model expressed using vertices and the sides formed following these vertices. 2 (c) shows a mesh model of a “man” model expressed using vertices, the sides formed by the vertices, and the faces formed by the sides, and FIG. 2 (d) shows the completed model. .
이하에서는, 상기와 같은 메쉬 모델의 기본적인 개념에 기초하여 메쉬 모델의 수학적인 표현을 살펴본다. 삼각 메쉬 모델 은 식 (1) 과 같이 표시할 수 있다. Hereinafter, the mathematical expression of the mesh model will be described based on the basic concept of the mesh model as described above. Triangular mesh model Can be expressed as in Equation (1).
=(, , ) 식 (1) = ( , , ) Equation (1)
여기서 ={1,2,,|M|} 은 꼭지점의 집합 (|M|은 꼭지점의 개수) 을 나타내며, 은 위상정보, 즉, 각 꼭지점들의 연결 상태 정보를 나타내고, 은 상의 n 차원 벡터를 나타내며 식 (2) 와 같이 표시할 수 있다. here = {1,2 ,, | M |} represents a set of vertices (| M | is the number of vertices), Represents phase information, that is, connection state information of each vertex, silver It represents the n-dimensional vector of the phase and can be expressed as Equation (2).
={| } 식 (2) = { | } Expression (2)
여기서 ={,,...,}는 꼭지점 {}와 관련된 위치 좌표, 법선 벡터, 칼라정보, Texture Map 정보 등의 속성을 나타내는 벡터이다. 즉, 은 삼각 메쉬 모델 의 모든 기하학적 정보를 담고 있다.here = { , , ..., } Is the vertex { } This is a vector representing properties such as position coordinates, normal vector, color information, and texture map information. In other words, Silver triangular mesh model Contains all of the geometric information.
에는 꼭지점 ={} , 변 ={,} , 면 ={,,} 등 세 개의 기본 정보가 포함되어 있다. 만약 {,} 이면 {}와 {}는 인접한 꼭지점이다. There is a vertex = { } , Side = { , } , Cotton = { , , } And three basic pieces of information. if { , } If { }Wow { } Is an adjacent vertex.
이 때, 꼭지점 ={}와 인접한 꼭지점의 집합을 ={}의 1-링 (ring) 이라 하며 ={ {,} } 로 표시하고, 꼭지점 의 인접 꼭지점의 개수를 1-링 값이라고 하며 로 표시한다.At this point = { } A set of vertices adjacent to = { } Is called the 1-ring = { { , } }, Vertex The number of adjacent vertices in is called the 1-ring value. To be displayed.
여기서는 삼각 메쉬 모델에 대해서만 언급하지만, 폴리곤 메쉬 모델 등은 모두 삼각 메쉬 모델로 전환가능하기 때문에 본 발명은 삼각 메쉬 모델에 한정되는 것은 아니다.Although only the triangular mesh model is referred to here, the present invention is not limited to the triangular mesh model because the polygon mesh model and the like are all convertible to the triangular mesh model.
이하에서는 이러한 개념들로 정의되는 3 차원 메쉬 모델에 구면 파라미터 기법을 이용하여 워터마크를 삽입하는 방법에 대해 구체적으로 살펴본다.Hereinafter, a method of inserting a watermark using a spherical parameter technique to a 3D mesh model defined by these concepts will be described in detail.
Ⅱ. 구면 파라미터 기법을 이용한 워터마킹II. Watermarking Using Spherical Parameter Techniques
여기서는 구면 파라미터 기법을 어떻게 워터마킹에 이용하는지 살펴본다. 구면 파라미터 기법은 3 차원 데이터 처리 기술에 있어서 널리 이용되는 기법이다. 특히 이 기법은 직교좌표계에서 판단이 불가능한 3 차원 메쉬 모델의 꼭지점 좌표 특성에 대해 특히 유용하게 이용될 수 있다. 본 발명은 3 차원 모델의 질량 중심을 구면좌표의 원점으로 설정하여 직교좌표계에서 구면좌표계로 변환한 후 이하 살펴볼 구면 파라미터 기법을 적용한다. 워터마크는 3 차원 모델의 기하학적 정보와 위상 정보의 특성을 구면 모델에서 분석하여 꼭지점의 추가/변경을 통해 삽입한다. 본 발명은 꼭지점의 1-링 탐색에 의한 기준 꼭지점 설정 단계, 메쉬 모델 에서 선택한 기준 꼭지점의 질량중심을 구하고 모델을 질량중심으로 옮기는 단계, 구면 파라미터기법 적용 단계, 구면 변환 후 변수 (θ, Ψ) 에 근거한 부분집합으로의 분할 단계, 워터마크 정보의 생성 및 워터마크 삽입 단계를 포함할 수 있는바, 이하에서는 이들 단계에 대해 순차적으로 살펴보도록 한다. Here, we will see how the spherical parameter technique is used for watermarking. Spherical parameter technique is widely used in 3D data processing technology. In particular, this technique can be especially useful for the vertex coordinate characteristics of three-dimensional mesh models that cannot be determined in Cartesian coordinate systems. The present invention applies a spherical parameter technique to be described below after converting from the Cartesian coordinate system to the spherical coordinate system by setting the center of mass of the three-dimensional model as the origin of the spherical coordinate. The watermark analyzes the characteristics of geometric and topological information of the 3D model in the spherical model and inserts them through the addition / change of vertices. The present invention is a reference vertex setting step by the 1-ring search of the vertex, mesh model Finding the center of mass of the reference vertices selected from and moving the model to the center of mass, applying the spherical parameter technique, splitting into subsets based on the variables (θ, Ψ) after spherical transformation, generating watermark information, and inserting watermarks Bars may include steps, which will be described below with respect to these steps.
1. 기준 꼭지점 및 질량 중심1. Reference vertex and center of mass
기준 꼭지점 선정은 일반적인 공격에 영향을 받지 않는 구면의 중심점을 찾는데 그 목적이 있다. 여기서는 3 차원 메쉬 모델에서 흔히 사용되는 메쉬 세분화공격에서 변하지 않는 중심점을 찾는데 초점을 두었다. Criteria vertex selection aims to find the center point of a sphere that is not affected by a general attack. This paper focuses on finding a center point that does not change in mesh segmentation attacks that are commonly used in 3D mesh models.
메쉬 세분화 알고리즘은 크게 근사에 의한 세분화와 보간에 의한 세분화로 나눌 수 있다. 메쉬 세분화에서는 반복적인 세분화 적용으로 새로운 곡면을 생성한다. 일반적으로 세분화는 분할 과정과 위치 결정 과정으로 나눌 수 있다. 분할 과정은 메쉬 모델에 새로운 점을 추가하는 과정이다. 위치 결정 과정 은 분할한 후 추가된 꼭지점과 기존의 꼭지점을 기반으로 새롭게 각 꼭지점의 위상정보를 구성하는 과정이다. The mesh segmentation algorithm can be divided into segmentation by approximation and segmentation by interpolation. In mesh segmentation, iterative segmentation creates new surfaces. In general, segmentation can be divided into segmentation process and positioning process. The segmentation process is the process of adding new points to the mesh model. The positioning process is a process of newly constructing the topological information of each vertex based on the added vertex and the existing vertex after segmentation.
도 3 은 대표적인 근사에 의한 세분화의 방법으로서 루프분할면 (Loop Subdivision Surface) 방법의 일 예를 도시한다. 루프분할면 방법에는 4 분할 기법이 적용된다. 모든 변에 꼭지점을 삽입하여 변을 두 개로 나눈 후 새롭게 연결하여 원래의 삼각면을 네 개의 작은 삼각면으로 분할한다. 삽입되는 꼭지점 (검은색) 의 1-링 값은 경계 꼭지점 (이하에서 정의됨.) 일 경우 = 4 이고 내부 꼭지점 (이하에서 정의됨.) 일 경우 = 6 이다. 일 회의 적용으로 삼각면의 수는 네 배가 된다. 즉, 도 3 에서 꼭지점 삽입 전에 삼각면의 수는 9 개이고, 1 회의 꼭지점 삽입 후에 삼각면의 수는 36 개임을 확인할 수 있다.3 shows an example of a loop subdivision surface method as a method of subdivision by representative approximation. The quad split method is applied to the loop split plane method. Insert the vertices on all sides, split the sides into two, and connect them newly to divide the original triangle into four smaller triangles. The 1-ring value of the inserted vertex (black) is the boundary vertex (defined below). = 4 and inner vertices (defined below) = 6 In one application, the number of triangles is quadrupled. That is, in FIG. 3, the number of the triangular surfaces before the insertion of the vertices is nine, and the number of the triangular surfaces after the insertion of one vertex is 36.
또한, 도 4 에는 대표적인 보간에 의한 메쉬 세분화의 방법으로서 나비분할면 (Butterfly Subdivision Surface) 방법의 일 예를 도시한다. 나비분할면방법도 루프분할면 방법과 마찬가지로 4 분할기법이 적용되며 추가되는 꼭지점은 주위 꼭지점 좌표들로부터 보간법을 적용하여 설정된다. 꼭지점의 삽입방법은 주변의 여덟 개의 꼭지점을 사용하는 나비기법(Butterfly scheme)이다. 나비분할면은 대칭적인 형태의 에지에 새로운 점을 삽입하는 법칙이다. 주변의 4 개의 에지에 대해서 새로 삽입될 점을 구하게 되면 하나의 삼각형은 4 개의 새로운 삼각형으로 대치되며 생성된 면은 1 차 미분이 가능한 면( C1 Surface) 이 된다. 나 비분할면 알고리즘도 루프분할면과 마찬가지로 삽입되는 꼭지점의 1-링 값은 경계 꼭지점일 경우 = 4 이고 내부 꼭지점일 경우 = 6 이다.4 illustrates an example of a butterfly subdivision surface method as a method of mesh subdivision by representative interpolation. As with the loop split method, the butterfly split method is applied to the 4 division method and the additional vertex is set by applying the interpolation method from the surrounding vertex coordinates. The insertion method of a vertex is a butterfly scheme using eight surrounding vertices. The butterfly dividing plane inserts a new point into the symmetrical edge. If you find a new insertion point for the four surrounding edges, one triangle is replaced by four new triangles, and the generated surface becomes a surface capable of first derivative (C 1 Surface). However, the non-division algorithm, like the loop dividing surface, is a boundary vertex if the 1-ring value of the inserted vertex is the boundary vertex. = 4 and inside vertices = 6
메쉬 세분화특성을 고려하여 다음과 같은 방법으로 기준 꼭지점을 선택한다.Considering the mesh refinement, we select the reference vertices in the following way.
1) 메쉬 모델의 개의 꼭지점을 두 개의 집합으로 분류한다. 1) mesh model Classify vertices into two sets.
, , ={, } 일 때, 적어도 두 개의 꼭지점 , 가 존재하여 {, ,} , {, ,} 이면 이와 같은 꼭지점 , 의 집합을 내부 꼭지점이라고 하며 로 표시한다. , , = { , } At least two vertices , Is present { , , } , { , , } Vertices like this , Is a set of internal vertices, To be displayed.
, , ={, } 일 때, 이 존재하여 {, ,} 이 성립되며, 에서 과 같은 다른 꼭지점이 존재하지 않으면 이런 꼭지점의 집합을 경계 꼭지점 집합이라고 하며 로 표시한다. 따라서 메쉬 모델의 꼭지점은 = 와 같이 표시할 수 있다. , , = { , } when, Is present { , , } Is established, in If no other vertices exist, such a set of vertices is called a boundary vertex set. To be displayed. So the vertex of the mesh model = Can be displayed as:
2) 꼭지점의 집합 에서 1-링 값이 =6, =3 인 꼭지점을 제거하고 그 집합을 라 하며 에서 1-링 값이 =4 인 꼭지점을 제거하고 그 집합을 라고 한다. 집합 의 원소 개수(꼭지점 의 개수)를 라고 한다. 2) assembly of vertices 1-ring value in = 6, Remove the vertex with = 3 and set that set And 1-ring value in Remove the vertex that = 4 and set that set It is called. set The number of elements in (number of vertices) It is called.
3) 에 속하는 꼭지점들의 질량 중심을 구면좌표계의 원점으로 설정한다. 설정된 구면좌표계의 중심점을 (, , )라고 하면, , , 는 식 (3) 과 같이 표현된다. 여기서, (,,) 는 꼭지점 ={} 의 좌표이다.3) Set the center of mass of the vertices belonging to the origin of the spherical coordinate system. The center point of the set spherical coordinate system , , ), , , Is expressed as equation (3). here, ( , , ) Is a vertex = { } The coordinates of.
= ,=, = 식 (3) = , = , = Formula (3)
2. 구면파라미터기법2. Spherical Parameter Technique
구면 파라미터기법은 모델로부터 구면으로의 1:1 사상을 찾는 것이다. 2003 년 Gotsman 이 직교좌표계 하에서 Genus=0 인 모델에 구면 파라미터기법을 적용하였다. (여기서 Genus 란, 2 차 곡면 상의 핸들의 개수 혹은 원환 (ring) 의 개수를 수학적으로 표현하는 용어임.) 1-링의 중심 꼭지점, 1-링의 경계의 볼록 조합 점 및 구의 중심이 직선위에 놓인다는 성질을 이용하여 구면상의 일부 꼭지점을 고정한 후 타 꼭지점에 관한 연립방정식을 설립하고 해를 구하는 방법을 이용하였다. 이 방법은 간단하고 직관적인 방법이지만 비선형연립방정식이어서 해를 구하기 어렵고 계산량이 많다는 단점이 있다. 그리고 부분적인 점이 구면이 아 닌 원으로 퇴화되는 현상도 존재한다. 구면은 3 차원 공간에 존재하는 특수한 2 차원 곡면이다. 구면 좌표계를 적용할 경우 구면 중심으로부터의 거리는 모두 상수로 대체되기 때문에 구면 좌표계의 변수 (위도), (경도) 만 처리하면 된다. 여기서는 직교좌표계에서 구면좌표계로의 변환을 "cart2sph" 로, 구면좌표계에서 직교좌표계로의 변환을 “sph2cart" 라고 표시한다. 구면좌표계는 보통 (,,) 로 나타낸다. 도 5 에는 이러한 구면좌표계의 좌표 (r, ,) 를 도시하고 있다. 여기서 은 원점에서부터의 거리로서, 범위의 값을 갖고, 축에서의 각도 는 , 축을 축으로 하여 축에서부터 돌아간 각 는 의 값을 갖는다. 아래의 식 (4) 및 식 (5) 에 의해 직교좌표계로부터 구면좌표계를, 구면좌표계로부터 직교좌표계를 얻을 수 있다. Spherical parameter technique is to find 1: 1 mapping from model to sphere. In 2003, Gotsman applied spherical parameterization to a model with Genus = 0 in Cartesian coordinates. (Genus is a term that mathematically expresses the number of handles or rings on a quadratic surface.) The center vertex of the 1-ring, the convex combination point of the boundary of the 1-ring, and the center of the sphere are on a straight line. Using the property of laying, some vertices on the sphere were fixed and then a system of equations for other vertices was established and solutions were used. This method is simple and intuitive, but it has a disadvantage of being difficult to solve because of the nonlinear system of equations and a large amount of calculation. There is also a phenomenon in which a partial point is degenerated into a circle rather than a sphere. A sphere is a special two-dimensional surface that exists in three-dimensional space. If you apply spherical coordinate system, the distance from spherical center is replaced by constants (Latitude), (Hardness) only need to be processed. Here, the transformation from Cartesian coordinate system to spherical coordinate system is called "cart2sph", and the transformation from spherical coordinate system to Cartesian coordinate system is called "sph2cart". , , ). 5 shows coordinates of this spherical coordinate system (r, , ) Is shown. here Is the distance from the origin, Has a range of values, Angle from axis Is , On the axis Angle from the axis Is Has the value of. According to the following equations (4) and (5), a spherical coordinate system can be obtained from a rectangular coordinate system and a rectangular coordinate system can be obtained from a spherical coordinate system.
식 (4) Formula (4)
식 (5) Equation (5)
구면파라미터기법을 적용하는 단계를 살펴보면, 우선 메쉬 모델을 식 (3) 에 의하여 설정한 중심점으로 이동하고, 이렇게 이동된 메쉬 모델의 꼭지점 좌표 값을 구면좌표계에서의 구면좌표로 변환한다. 구면좌표계에서=1 로 설정하고, 식 (5) 를 이용하여 구면좌표계 상의 구면좌표를 직교좌표계 상의 직교 좌표로 변환함으로써 구면파라미터 기법을 적용한다. Referring to the step of applying the spherical parameter technique, first, the mesh model is moved to the center point set by Equation (3), and the vertex coordinate values of the moved mesh model are converted into spherical coordinates in the spherical coordinate system. In the spherical coordinate system Spherical parameter technique is applied by setting = 1 and converting spherical coordinates in the spherical coordinate system to rectangular coordinates in the rectangular coordinate system using equation (5).
도 6(a) 및 도 6(b) 는 구면파라미터기법 적용 전의 "man" 모델과 적용 후의 "man" 모델을 비교한 예시이다. 도 6(a) 의 (1)~(7) 는 구면파라미터기법 적용 전의 "man" 모델의 메쉬 구조 및 꼭지점 분포를 보여주며, 도 6(b) 의 (1')~(7') 은 구면파라미터기법 적용 후의 "man" 모델의 메쉬 구조 및 꼭지점 분포를 보여준다. 도 6(a) 의 (1) 및 도 6(b) 의 (1') 은 구면파라미터기법 적용 전 후의 완성된 모델을 각각 보여주며, 도 6 (a) 의 (2)~(4) 및 도 6(b) 의 (2')~(4') 은 구면파라미터기법 적용 전 후의 꼭지점 및 변들로 이루어진 메쉬 모델을 각각 보여주며, 도 6(a) 의 (5)~(7) 및 도 6(b) 의 (5')~(7') 은 구면파라미터기법 적용 전 후의 꼭지점들로 이루어진 메쉬 모델을 각각 보여준다.6 (a) and 6 (b) show an example in which the "man" model before the application of the spherical parameter technique is compared with the "man" model after the application. (1) to (7) of FIG. 6 (a) show the mesh structure and vertex distribution of the "man" model before applying the spherical parameter technique, and (1 ') to (7') of FIG. We show the mesh structure and vertex distribution of the "man" model after applying parametric techniques. (A) of FIG. 6 (a) and (1 ') of FIG. 6 (b) show the completed models before and after application of the spherical parameter technique, respectively, (2) to (4) and FIG. (2 ') to (4') of 6 (b) show the mesh models of vertices and sides before and after applying the spherical parameter technique, respectively, (5) to (7) and 6 ( (5 ') ~ (7') of b) show each mesh model consisting of vertices before and after applying spherical parameter technique.
3. 워터마크 삽입3. Insert watermark
구면파라미터기법을 적용한 후에, 워터마크 정보의 양에 근거하여 구면파라미터기법이 적용된 모델을 여러 개의 집합으로 분할한 후, 분할된 집합에 워터마크 정보를 삽입한다.After applying the spherical parameter technique, the model to which the spherical parameter technique is applied is divided into several sets based on the amount of watermark information, and then watermark information is inserted into the divided sets.
3.1 워터마크 정보의 생성3.1 Create Watermark Information
본 발명은 일 실시형태로서 2 의 배수 길이를 가지는 랜덤 비트열을 생성하 여 워터마크 정보로 사용한다. 도 7 은 워터마크 정보를 오버 샘플링 (Over Sampling) 하여 분할된 메쉬 모델의 각 부분에 삽입하는 일 실시형태 (n=3 인 경우) 를 나타낸다. 워터마크 정보를 이라고 하면 은 식 (8) 과 같다. 삽입강도를 위하여 삽입 정보의 최대 길이는 64bit 로 한정한다.According to an embodiment of the present invention, a random bit string having a multiple length of 2 is generated and used as watermark information. FIG. 7 illustrates an embodiment (when n = 3) in which watermark information is oversampled and inserted into each part of the divided mesh model. Watermark information Speaking of Is the same as (8). For the insertion strength, the maximum length of the insertion information is limited to 64 bits.
, 여기서 {0, 1}, =2n 식 (8) , here {0, 1}, = 2 n expressions (8)
도 7 의 실시형태에서는 n=3, =23, w1= 1, w2=1, w3=0, w4=0, w5=1, w6=0, w7=0, w8=1 이며, 따라서 W3={1,1,0,0,1,0,0,1} 임을 확인할 수 있다. In the embodiment of FIG. 7, n = 3, = 2 3 , w 1 = 1, w 2 = 1, w 3 = 0, w 4 = 0, w 5 = 1, w 6 = 0, w 7 = 0, w 8 = 1, so W 3 = { 1,1,0,0,1,0,0,1}.
3.2 메쉬 모델의 분할3.2 Splitting a Mesh Model
파라미터화된 메쉬 모델을 (위도)와 (경도)의 값에 따라 부분집합으로 분할한다. 부분집합의 인덱스는 의 분할개수와 의 분할개수를 인덱스로 사용하여 으로 표시한다. 분할 방법은 표 1 과 같다.Parameterized mesh model (Latitude) and Divide into subsets according to the value of (hardness). The index of the subset is The number of divisions Using the number of partitions as an index Indicated by. The division method is shown in Table 1.
도 8 은 일 실시형태로서, “man”모델을 파라미터화한 후 8 개의 부분 집합으로 분할 (n=3 인 경우) 한 경우의 꼭지점 분포를 도시한다. n=3 일 경우, 삽입하려는 워터마크 정보는 이며, 이들 워터마크 정보는 각각 분할된 메쉬모델의 부분집합 ,,,,,,, 에 삽입된다. 각 부분집합에는 오버 샘플링된 후의 워터마크 정보가 삽입된다.FIG. 8 shows, as one embodiment, a vertex distribution in the case where the “man” model is parameterized and then divided into eight subsets (when n = 3). If n = 3, the watermark information to insert is The watermark information is a subset of each divided mesh model. , , , , , , , Is inserted into Watermark information after oversampling is inserted into each subset.
3.3 워터마크 삽입 알고리즘3.3 Watermark embedding algorithm
도 9 는 구면파라미터기법을 적용한 모델에 워터마크를 삽입하는 방법 중 꼭지점 추가방법을 도시한다. 도 9 (a) 는 꼭지점 i, j, k 로 이루어진 삼각면이 메쉬 모델의 일부로서 존재하고 있는 것을 도시한다. 도 9 (b) 는 분할된 메쉬 모델에서 꼭지점 i, j, k 로 이루어진 삼각면만을 선택한 것을 도시한다. 원래의 삼각면이(도 9 (b)) 이고, 삽입되는 꼭지점을 이라고 하면, 꼭지점 삽입 후에는, 새로운 세 개의 면 이 구성된다 (도 9 (c)). 즉, 꼭지점 삽입 전과 후의 삼각면은 식 (9) 과 같다. 9 illustrates a method of adding a vertex in a method of inserting a watermark in a model to which a spherical parameter technique is applied. 9 (a) shows that a triangular plane consisting of vertices i, j, k exists as part of the mesh model. 9 (b) shows that only a triangular plane consisting of vertices i, j, and k is selected in the divided mesh model. The original triangle (Fig. 9 (b)), the vertex to be inserted Speaking of vertices After insertion, three new sides This is constituted (Fig. 9 (c)). In other words, the triangular plane before and after insertion of the vertex is as shown in Equation (9).
식 (9) Formula (9)
도 9 (d) 는 상기 방식으로 새로운 꼭지점이 삽입된, 꼭지점 i, j, k 로 이루어진 삼각면을 다시 원래의 메쉬 모델의 일부로서 도시되어 있다. 새롭게 추가되는 변 은 공유하는 면이 적어도 두 개 존재하기 때문에, 추가되는 점은 메쉬 모델의 내부 꼭지점임을 알 수 있다. 세 개의 삼각면 () 이 추가된 후, 는 메쉬 모델에서 사용되지 않는다. 삼각 면 에 추가되는 꼭지점 은 세 꼭지점 의 질량 중심으로 설정하며 좌표값은 다음과 같다.Fig. 9 (d) shows again the triangular plane consisting of vertices i, j, k with new vertices inserted in this way as part of the original mesh model. Newly added side Since there are at least two faces that share the silver, it can be seen that the added point is the inner vertex of the mesh model. Three triangular planes ( ) Is added, Is not used in the mesh model. Triangle Vertex added to Silver three vertices Set to the center of mass of. The coordinates are as follows.
1) 삼각 면 의 구면파라미터기법 적용 후 값을 각각 라고 할 경우, 추가되는 꼭지점의 좌표 는 식 (10) 과 같다.1) triangular After applying the spherical parameter technique of, Is the coordinate of the added vertex. Is the same as (10).
식 (10) Formula (10)
2) 추가된 꼭지점의 좌표를 다음과 같이 변경하여 워터마크를 삽입한다. 삽입강도는 값에 의하여 결정된다. 2) Coordinates of added vertices Change as follows to insert a watermark. Insertion strength Determined by the value.
단계 1: 원 메쉬 모델의 세 꼭지점 의 구면좌표에서 로 구한다. Step 1: Three Vertices of the Circle Mesh Model Spherical coordinates in Obtain as
단계 2 : 만약 삽입하려는 정보가 “1”이면 Step 2: If the information you want to insert is "1"
이고, ego,
만약 삽입하려는 정보가 “0”이면 If the information to insert is "0"
이다. to be.
단계 3: 꼭지점을 메쉬 모델에 추가한 후, 면의 정보를 다음과 같이 수정한다.Step 3: After adding the vertices to the mesh model, modify the information on the face as follows:
단계 4: 메쉬 모델의 부분집합 모두에서 단계 1~3 을 반복하여 실행한다.Step 4: Repeat steps 1 through 3 for all subsets of the mesh model.
단계 5: 분할된 부분집합을 재구성하여 워터마킹된 메쉬 모델을 얻는다.Step 5: Reconstruct the partitioned subset to obtain a watermarked mesh model.
3.4 워터마크 추출 알고리즘3.4 Watermark Extraction Algorithm
워터마크 추출은 워터마크 삽입 알고리즘의 역 과정으로 다음과 같은 순서로 진행된다. 본 발명은 질량 중심을 사용하였기 때문에 다양한 방법으로 워터마크를 검출할 수 있다.Watermark extraction is a reverse process of the watermark embedding algorithm. Since the present invention uses the center of mass, the watermark can be detected by various methods.
워터마크 추출 방법은 우선, 메쉬 모델에서 소정의 꼭지점들을 선택하고, 선택한 꼭지점들의 질량 중심을 구한 다음, 메쉬 모델을 질량 중심으로 이동한 후, 구면파라미터기법을 적용한다. 그 후, 각 꼭지점에 대해 워터마크 삽입 여부를 판단하여 워터마크가 삽입되어있다고 판단되면 워터마크를 추출하고, 워터마크가 삽입되어 있지 않다고 판단되면 다른 꼭지점에 대해 워터마크 삽입 여부를 판단한다. 또한, 메쉬 모델의 나머지 부분집합들에 대하여 상기 과정을 반복하여 Wn 을 구성하면 워터마크 추출이 완료된다.In the watermark extraction method, first, predetermined vertices are selected from a mesh model, the center of mass of the selected vertices is obtained, the mesh model is moved to the center of mass, and then spherical parameter techniques are applied. Thereafter, it is determined whether the watermark is inserted in each vertex, and when it is determined that the watermark is inserted, the watermark is extracted. When it is determined that the watermark is not inserted, it is determined whether the watermark is embedded in the other vertices. In addition, by repeating the above process for the remaining subsets of the mesh model to configure Wn, watermark extraction is completed.
4. 알고리즘 평가4. Algorithm Evaluation
본 발명의 성능을 평가하기 위하여 다양한 실험을 수행하였는바, 이하에서는 실험결과를 분석한다. 도 10 은 실험에 사용한 세 개의 메쉬 모델이 도시되어 있다. 도 10 (a) 는 "man" 모델, 도 10 (b) 는 "bunny" 모델, 도 10 (c) 는 "horse" 모델이다. 그 중, "man" 모델은 열린 모델이고, "bunny" 모델과 "horse" 는 닫힌 모델이다. 표 2 는 실험에 사용된 모델의 정보이다. Various experiments were performed to evaluate the performance of the present invention. Hereinafter, the experimental results will be analyzed. 10 shows three mesh models used in the experiment. 10 (a) is a "man" model, FIG. 10 (b) is a "bunny" model, and FIG. 10 (c) is a "horse" model. Among them, the "man" model is an open model, the "bunny" model and "horse" are closed models. Table 2 shows the model information used in the experiment.
도 11 은 워터마크가 삽입된 메쉬 모델을 보여준다. 도 11 (a) 는 삽입강도 를 0.002 로 설정하여 워터마크를 삽입한 "man" 모델이고, 도 11 (b) 는 삽입강도 를 0.002 로 설정하여 워터마크를 삽입한 "bunny" 모델이고, 도 11 (c) 는 삽입강도 를 0.003 으로 설정하여 워터마크를 삽입한 "horse" 모델이다. 표 3 에서는 삽입 전 후 메쉬 모델의 파라미터 값들을 비교하여 나타내었다.11 shows a mesh model in which a watermark is inserted. Figure 11 (a) is the insertion strength Is a "man" model with a watermark set to 0.002, and FIG. 11 (b) shows the insertion strength. Is a "bunny" model with the watermark set to 0.002, Figure 11 (c) is the insertion strength Is a "horse" model with a watermark set to 0.003. Table 3 compares the parameter values of the mesh model before and after insertion.
도 12 는 "bunny" 모델의 구면파라미터화 과정을 이미지로 보여준 것이다. (a)는 "bunny" 원본 모델을 꼭지점, 변, 면으로 이루어진 메쉬 구조로 보여준 것이고, (b)는 "bunny" 모델에 대한 구면파라미터화 결과를 보여준 것이며, (c)는 "bunny" 모델의 꼭지점의 분포를 3 차원으로 보여준 것이며, (d)는 워터마크가 삽입된 "bunny" 모델이다. 제안하는 알고리즘에서 사용한 워터마크 비트열은 최대 64 비트로 한정하였으며 시드 (seed) 값을 갖는 난수발생기를 이용하여 생성하였다. 워터마크 정보는 분할된 메쉬 모델에 독립적으로 삽입되었으며 대량의 중복삽입이 가능하였다. 12 is an image showing the spherical parameterization process of the "bunny" model. (a) shows the original "bunny" model as a mesh structure consisting of vertices, sides and faces, (b) shows the spherical parameterization results for the "bunny" model, and (c) shows the The vertex distribution is shown in three dimensions, and (d) is a "bunny" model with a watermark embedded. The watermark bit string used in the proposed algorithm is limited to a maximum of 64 bits and generated using a random number generator with a seed value. The watermark information was inserted independently in the divided mesh model and a large amount of overlapping was possible.
도 13 은 구면 파라미터 기법을 적용하여 워터마크를 삽입하는 과정을 개략적으로 도시한다. 구면 파라미터 기법을 적용하기 전의 전제로서, 우선, 3 차원 메쉬 모델의 직교좌표를 직교좌표계에서 설정한다(110). 3 차원 메쉬 모델의 직교좌표를 직교좌표계에서 설정하는 구체적인 방법은 도 14 를 참조하여 후술한다. 3 차원 메쉬 모델의 직교좌표를 설정한 후에, 직교좌표계 상의 직교좌표를 구면좌표계 상의 구면좌표로 변환한다(120). 구면좌표로 변환된 메쉬 모델에 대해 구면 파라미터 기법을 적용한다(130). 이 때, 구면좌표 중 r=k (k 는 상수) 로 고정한다. 구면 파라미터 기법의 구체적인 적용방법은 도 15 를 참조하여 후술한다. 메쉬 모델에 구면 파라미터 기법이 적용되면, 워터마크를 삽입한다.(140). 13 schematically illustrates a process of embedding a watermark by applying a spherical parameter technique. As a premise before applying the spherical parameter technique, first, a rectangular coordinate of a 3D mesh model is set in a rectangular coordinate system (110). A detailed method of setting the rectangular coordinates of the three-dimensional mesh model in the rectangular coordinate system will be described later with reference to FIG. 14. After setting the rectangular coordinates of the 3D mesh model, the rectangular coordinates on the rectangular coordinate system are converted into spherical coordinates on the spherical coordinate system (120). A spherical parameter technique is applied to the mesh model converted into spherical coordinates (130). At this time, fix r = k (k is a constant) in spherical coordinates. A specific application method of the spherical parameter technique will be described later with reference to FIG. 15. If the spherical parameter technique is applied to the mesh model, a watermark is inserted (140).
도 14 는 본 발명의 일 실시형태로서 구면 파라미터 기법을 적용하여 워터마크를 삽입하는 과정을 좀 더 구체적으로 도시한다. 단계 210 내지 단계 230 은 구면 파라미터 기법을 적용하기 전의 전제로서, 도 13 의 3 차원 메쉬 모델의 직교좌표를 직교좌표계에서 설정하고, 직교좌표계 상의 직교좌표를 구면좌표계 상의 구면좌표로 변환하는 단계에 대응된다. 우선, 일반적인 메쉬 모델 공격에 영향을 받지 않는 구면의 중심점을 찾기 위해 기준 꼭지점을 선정한다(210). 기준 꼭지점 선정을 위해 꼭지점들을 경계 꼭지점 () 과 내부 꼭지점 () 으로 분류한다. 에 속하는 꼭지점들을 기준 꼭지점으로 설정한다. (여기서, 는 꼭지점들의 집합 에서 1-링 값이 = 6, = 3 인 꼭지점을 제거한 집합이고, 는 꼭지점들의 집합 에서 1-링 값이 = 4 인 꼭지점을 제거한 집합이다.) FIG. 14 illustrates in more detail a process of embedding a watermark by applying a spherical parameter technique as an embodiment of the present invention.
이렇게 설정된 기준 꼭지점들의 질량 중심을 탐색한다(220). 기준 꼭지점들의 질량 중심은 구면좌표계의 원점으로서 설정된다. 설정된 구면좌표계의 중심점을 (, , )라고 하면, , , 는 상기 식 (3) 과 같이 표현된다. 즉, (, , ) 이 기준 꼭지점들의 질량 중심으로 탐색되면서 구면좌표계의 중심점이 되는 것이다. 탐색된 질량 중심을 이용하여 메쉬 모델을 (, , ) 로 이동한다(230). 이러한 과정을 통해 질량 중심으로 이동된 새로운 꼭지점들의 좌표값들을 구할 수 있다. 단계 240 에서는 구면 파라미터 기법을 적용한다. 구면 파라미터 기법을 적용하는 구체적인 방법에 대해서는 이하 도 15 와 관련하여 설명한다. The center of mass of the reference vertices set as described above is searched (220). The center of mass of the reference vertices is set as the origin of the spherical coordinate system. The center point of the set spherical coordinate system , , ), , , Is expressed as in the formula (3). In other words, ( , , This is the center point of the spherical coordinate system as it is searched by the center of mass of these vertices. Use the searched center of mass to build a mesh model ( , , Move to (230). Through this process, the coordinate values of the new vertices moved to the center of mass can be obtained. In
도 15 는 구면파라미터기법을 적용하는 단계를 구체적으로 도시한다.15 specifically illustrates the steps of applying spherical parameter technique.
단계 1: 메쉬 모델을 식 (3) 에 의하여 설정한 중심점(, , ) 으로 이동한다.(310) 단계 1 (310) 은 도 14 의 단계 230 에 대응한다. 새로운 꼭지점들의 좌표 값 (, , )은 다음과 같다.Step 1: The center point of the mesh model set by Eq. (3) , , (Step 310) corresponds to step 230 of FIG. The coordinates of the new vertices ( , , )Is as follows.
(, , )=(-,-,-) 식(6)( , , ) = ( - , - , - ) (6)
단계 2: 식 (4) 에 의하여 구한 메쉬 모델 의 꼭지점 좌표 값을 구면좌표계로 변환시킨다. (320)Step 2: Mesh Model Obtained by Equation (4) Convert the vertex coordinate value of to spherical coordinate system. (320)
(, , )=cart2sph(, , ), 식(7)( , , ) = cart2sph ( , , ), Formula (7)
단계 3: 식 (7) 에서 구한 결과값에서 구면좌표계에서=k (k 는 상수) 로 설정 (330) 하고, 식 (5) 를 이용하여 구면좌표계를 직교좌표계로 변환 (340) 한다. 메쉬 모델 의 ={| } 은 그대로 적용한다. 구면 파라미터 기법이 적용된 메쉬 모델을 분할 (250) 하고, 워터마크 정보를 생성하여(260), 생성된 워터마크 정보를 분할된 메쉬 모델에 삽입한다(270). Step 3: From the Spherical Coordinate System From the Result of Equation (7) = k (k is a constant) is set (330), and the spherical coordinate system is converted to the rectangular coordinate system (340) using Equation (5). Mesh model of = { | } Is applied as is. The mesh model to which the spherical parameter technique is applied is divided (250), watermark information is generated (260), and the generated watermark information is inserted into the divided mesh model (270).
도 16 은 워터마크 추출 방법을 구체적으로 보여준다.16 specifically illustrates a watermark extraction method.
단계 1: 메쉬 모델에서 각 꼭지점들의 1-링 값을 구하고, 그 값에 근거하여 인 꼭지점들을 선택한다.(410)Step 1: Find the 1-ring values of each vertex in the mesh model and based on that value Select vertices (410).
단계 2: 선택한 꼭지점들의 질량 중심을 구하고 구면 좌표계의 중심점으로 한다.(420)Step 2: Find the center of mass of the selected vertices and set them as the center points of the spherical coordinate system (420).
단계 3: 메쉬 모델을 질량 중심으로 이동한 후(430), 구면파라미터기법을 적용한다.(440)Step 3: After moving the mesh model to the center of mass (430), the spherical parameter technique is applied (440).
단계 4: =3 인 꼭지점을 선택하고(450), 다음과 같은 방법으로 워터마크 삽입여부를 판단한다.(460)Step 4: A vertex of = 3 is selected (450), and it is determined whether a watermark is inserted in the following manner.
=3 인 꼭지점을 이라 하면, 삼각 면 의 면적을 구하고, 구한 면적들이 같으면 워터마크가 삽입되었다고 판단하고 단계 5 로 넘어간다. 면적들이 다르면 =3 인 다른 꼭지점을 선택하여 단계 4 를 반복한다. Vertices = 3 Speaking of triangular faces If the obtained area is the same, it is determined that the watermark has been inserted, and the process proceeds to step 5. If the areas are
단계 5 (470): 세 꼭지점 에서 를 구한다.Step 5 (470): Three Vertices in Obtain
만약 이면 =1 이고,if Back side = 1
만약 이면 =0 이다. if Back side = 0
메쉬 모델의 나머지 부분집합들에 대하여 상기 과정을 반복하여(480), , 여기서 를 구성하면 워터마크 추출이 완료된다.Repeating the process for the remaining subsets of the mesh model (480), , here After the configuration, the watermark extraction is completed.
4.1 형태보존 공격에 대한 강인성4.1 Robustness to Form Conservation Attacks
형태보존 공격에는 이동, 스케일링, 회전 등 기하학적인 변환과 꼭지점의 저장순서변경, 파일포맷변환 등이 있다. 기하학적인 변환은 꼭지점의 좌표 값만 변화시키며, 꼭지점의 1-링 값 및 선택한 구면좌표계의 중심, 꼭지점의 연결 정보는 영향을 받지 않는다. 실험 결과 제안한 알고리즘은 이동, 회전, 스케일링 등의 변환을 실행한 후에도 같은 구면파라미터화 결과를 얻었으며, 삽입한 워터마크정보를 추출할 수 있었다. Shape preservation attacks include geometric transformations such as movement, scaling, and rotation, changing the order of storage of vertices, and file format transformations. Geometric transformations only change the coordinate values of the vertices, and the 1-ring values of the vertices, the center of the selected spherical coordinate system, and the connection information of the vertices are not affected. As a result of the experiment, the proposed algorithm obtains the same spherical parameterization result even after the transformation such as movement, rotation, and scaling, and it is possible to extract the inserted watermark information.
메쉬 모델에는 꼭지점의 저장순서를 변경하는 공격이 존재한다. 제안한 알고리즘은 꼭지점의 저장순서를 변경하더라도 꼭지점의 1-링 값과 선택한 구면좌표 중심은 변하지 않기 때문에 워터마크 정보를 추출할 수 있었다. "Invert faces" 공격은 면의 방향만 변환시키는 변환이고, "close holes" 공격은 삼각메쉬를 추가하는 공격기법인데 제안한 알고리즘은 영향을 받지 않았다.There are attacks in the mesh model that change the storage order of vertices. The proposed algorithm could extract the watermark information because the 1-ring value of the vertex and the selected spherical coordinate center did not change even if the storage order of the vertices was changed. The "Invert faces" attack is a transformation that only transforms the orientation of the faces, and the "close holes" attack is an attack technique that adds a triangle mesh. The proposed algorithm is not affected.
표 4 는 파일포맷 변환 실험에서 사용한 포맷이다. PLY 파일포맷과 STL파일 포맷에는 ASCII형식과 Binary형식이 존재한다. 여기서는 모두 ASCII포맷으로 변환하여 실험하였다. DAE 파일은 Collada version 1.4.1 을 사용하였고, OBJ, OFF파일은 2007 년 3 월 배포된 meshlab 프로그램을 이용하여 실험하였다. 실험에 사용한 모든 모델에서 워터마크 정보를 추출할 수 있었다.Table 4 shows the format used in the file format conversion experiment. The PLY file format and STL file format include ASCII and binary formats. In this case, all experiments were converted to ASCII format. Collada version 1.4.1 was used for DAE files, and OBJ and OFF files were tested using the meshlab program distributed in March 2007. Watermark information could be extracted from all models used in the experiment.
4.2 형태변형 공격에 대한 강인성 4.2 Robustness to Morphological Attacks
형태변형에는 다양한 공격이 존재한다. 여기서는 메쉬 세분화, 메쉬 단순화, 메쉬 평활화 등의 공격에 대하여 중점적으로 실험하였다. There are a variety of attacks on shape transformation. This paper focuses on attacks such as mesh segmentation, mesh simplification, and mesh smoothing.
4.2.1 메쉬 세분화 공격 실험4.2.1 Mesh Segmentation Attack Experiment
많이 사용하는 메쉬 세분화에는 루프분할면, 나비분할면, 중심점분할면(Midpoint subdivision surface) 등의 기법이 존재한다. 실험 시, 세분화할 모델의 꼭지점은 모델 전체에서 선택하였으며 실험 결과를 표 5 에 나타내었다. 표 5 의 “워터마크(%)”에서는 워터마크 삽입 시 추가된 꼭지점 수와 공격 후 추출한 꼭지점 수를 백분율로 나타낸 것이다. “삽입/추출”은 3 차 세분화 후 추출한 비트 수를 나타낸다. 본 발명은 중심점분할면 공격에 대하여 특히 높은 강인성을 보여주었다.Popular mesh segmentation techniques include loop segmentation, butterfly segmentation, and midpoint subdivision surface. In the experiment, the vertices of the model to be subdivided were selected in the whole model and the experimental results are shown in Table 5. In “Watermark (%)” of Table 5, the number of vertices added when watermark is inserted and the number of vertices extracted after attack are expressed as a percentage. "Insert / Extract" represents the number of bits extracted after the tertiary segmentation. The present invention has shown particularly high robustness against central point split attack.
4.2.2 메쉬 평활화 공격 실험4.2.2 Mesh Smoothing Attack Experiment
평활화에서는 라플라시안 평활화가 많이 사용되고 있다. 본 발명에 따르면 라플라시안 평활화를 6 차례 실행하여도 워터마크 정보를 추출할 수 있었다.In smoothing, Laplacian smoothing is used a lot. According to the present invention, watermark information could be extracted even after six times of Laplacian smoothing.
HC 라플라시안 평활화도 메쉬 모델에서 많이 사용되는 공격기법이다. 실험에 사용한 모델 모두 6 차의 HC 라플라시안 평활화 후에도 워터마크 추출이 가능하였다.HC Laplacian smoothing is also a popular attack technique in mesh models. All of the models used in the experiments were able to extract watermarks even after the sixth HC Laplacian smoothing.
4.2.3 메쉬 단순화 공격 실험 4.2.3 Mesh Simplified Attack Experiment
메쉬 모델의 단순화에는 클러스터링 데시메이션 (Clustering Decimation) 과 QECD (Quadric Edge Collapse Decimation) 등의 기법이 있다. 여기서는, QECD 기법으로 실험하였으며 그 결과를 표 6 에서 확인할 수 있다. Simplification of the mesh model includes techniques such as Clustering Decimation and Quadric Edge Collapse Decimation (QECD). Here, we experimented with the QECD technique and the results can be found in Table 6.
실험에 사용한 모델 모두 2 차의 QECD 후에도 워터마크 추출이 가능하였다.In both models, watermark extraction was possible even after the second QECD.
상기에서 살펴본 바와 같이, 본 발명은 구면 파라미터기법을 이용하여 꼭지점 좌표의 특성을 효과적으로 이용함으로써, 직교좌표계에서 판단이 불가능한 3 차원 메쉬 모델에 워터마크를 효과적으로 삽입하도록 한다. 또한, 본 발명은 이동, 스케일링, 회전 등 전형적인 기하학적인 변환에 강인하고, 메쉬 순서정렬, 파일 포맷 변환에서도 강인성을 유지하고, 평활화 등의 공격에서 좋은 성능을 보여줌을 확인할 수 있다. As described above, the present invention effectively utilizes the characteristics of the vertex coordinates using spherical parameter techniques, thereby effectively inserting the watermark into the three-dimensional mesh model that cannot be determined in the rectangular coordinate system. In addition, the present invention is robust to typical geometric transformations such as movement, scaling, and rotation, and maintains robustness in mesh ordering and file format conversion, and shows good performance in attacks such as smoothing.
도 1 은 삼각 메쉬 모델을 구성하는 꼭지점, 모서리, 삼각형 면의 구성요소를 도시한 것이다.FIG. 1 illustrates components of vertices, edges, and triangular faces of a triangular mesh model.
도 2 는 꼭지점, 모서리, 및 삼각면으로 표현되는 메쉬 모델을 도시한 것이다. 2 illustrates a mesh model represented by vertices, edges, and triangles.
도 3 은 루프분할면 방법의 일 실시형태를 도시한 것이다.3 illustrates one embodiment of a loop split surface method.
도 4 는 나비분할마스크 및 추가되는 꼭지점을 도시한 것이다.Figure 4 shows a butterfly splitting mask and the added vertices.
도 5 은 구면좌표계의 좌표 (r, θ, Ψ) 를 나타낸 것이다. 5 shows the coordinates (r, θ, Ψ) of the spherical coordinate system.
도 6(a) 는 구면파라미터 기법 적용 전의 "man" 모델을 나타낸 것이다. 6 (a) shows the “man” model before applying the spherical parameter technique.
도 6(b) 는 구면파라미터 기법 적용 후의 "man" 모델을 나타낸 것이다.6 (b) shows the “man” model after applying the spherical parameter technique.
도 7 는 워터마크 정보를 오버 샘플링 (Over Sampling) 하는 일 실시형태 (n=3) 을 나타낸 것이다. FIG. 7 shows an embodiment (n = 3) of oversampling watermark information.
도 8 은 분할된 메쉬 모델의 꼭지점 분포의 일 실시형태를 도시한 것이다. 8 illustrates one embodiment of a vertex distribution of a segmented mesh model.
도 9 는 워터마크 삽입에 있어서의 꼭지점 추가방법의 일 실시형태를 도시한 것이다. Fig. 9 shows an embodiment of a vertex adding method in embedding watermarks.
도 10 은 실험용 메쉬 모델 (man 모델, bunny 모델, horse 모델) 의 일 실시형태이다.10 is an embodiment of an experimental mesh model (man model, bunny model, horse model).
도 11 는 도 10 의 메쉬 모델에 워터마크를 삽입한 결과를 도시한 것이다. FIG. 11 illustrates a result of inserting a watermark into the mesh model of FIG. 10.
도 12 은 bunny 모델의 구면파라미터화 과정의 일 실시형태를 도시한 것이다.12 illustrates one embodiment of a spherical parameterization process of a bunny model.
도 13 은 본 발명의 일 실시형태에 따른 워터마크 삽입 순서도이다. 13 is a watermark embedding flowchart according to an embodiment of the present invention.
도 14 는 본 발명의 다른 일 실시형태에 따른 워터마크 삽입 순서도이다. 14 is a watermark embedding flowchart according to another embodiment of the present invention.
도 15 는 본 발명의 일 실시형태에 따른 구면파라미터기법 적용 순서도이다. 15 is a flowchart of application of a spherical parameter technique according to an embodiment of the present invention.
도 16 은 본 발명의 일 실시형태에 따른 워터마크 추출 순서도이다. 16 is a watermark extraction flowchart according to an embodiment of the present invention.
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