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一種3D打印模型的數(shù)字水印技術(shù)的制作方法

文檔序號:12888047閱讀:881來源:國知局
一種3D打印模型的數(shù)字水印技術(shù)的制作方法與工藝

本發(fā)明涉及3d打印技術(shù),尤其涉及一種3d打印模型的數(shù)字水印技術(shù)。



背景技術(shù):

隨著3d打印技術(shù)的快速發(fā)展,3d模型的設(shè)計(jì)變得個(gè)性化和多樣化。網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的協(xié)同設(shè)計(jì)和虛擬產(chǎn)品的研究,使人們可以預(yù)見用戶所購買的可能不再是一個(gè)實(shí)物產(chǎn)品或零件,而是一個(gè)由點(diǎn)、線、面等構(gòu)成的3d數(shù)字模型,而只有那些被授權(quán)的用戶才可以對模型進(jìn)行復(fù)制、修改和制造,因此這就涉及到3d數(shù)字文件作為信息傳遞的安全性保護(hù)和對實(shí)物模型防偽的必要性。目前3d打印模型的防偽通過在三角形網(wǎng)格數(shù)據(jù)中嵌入數(shù)字水印來實(shí)現(xiàn),但該技術(shù)存在如下不足:(1)3d打印模型數(shù)字文件并不都是三角形網(wǎng)格格式的(2)網(wǎng)格化3d數(shù)字文件嵌入水印信息后,經(jīng)打印制造后會(huì)失去水印信息,因此無法對實(shí)物模型進(jìn)行鑒定。鑒于以上,因此有必要提出一個(gè)既能保護(hù)3d數(shù)字模型,又能對打印后的實(shí)物模型進(jìn)行防偽鑒別的新型數(shù)字水印技術(shù)。



技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:

本發(fā)明提供了一種3d打印模型的數(shù)字水印技術(shù),該技術(shù)不僅適用于3d數(shù)字模型,同時(shí)也適用于實(shí)物模型,通用性強(qiáng)。

本發(fā)明所采用技術(shù)方案是,一種3d打印模型的數(shù)字水印技術(shù),包括以下步驟,

s1,利用有限元分析軟件讀取任意經(jīng)3d作圖軟件設(shè)計(jì)的原始數(shù)字模型,得到原始數(shù)字模型的形狀特征點(diǎn)的空間坐標(biāo),對形狀特征點(diǎn)進(jìn)行編號并將編號與其相對應(yīng)的空間直角坐標(biāo)x、y、z的值以矩陣的形式儲(chǔ)存為m0(xi,yi,zi),i=1~m,m為正整數(shù);

s2,首先對原始數(shù)字模型分別進(jìn)行多次的微小拓?fù)涓膭?dòng),將改動(dòng)后的數(shù)字模型編號為mj,j=1~n,n為正整數(shù);然后按照步驟s1分別提取mj的空間直角坐標(biāo)矩陣編號為mj(xi,yi,zi)且作為水印數(shù)據(jù)庫儲(chǔ)存;計(jì)算mj(xi,yi,zi)與m0(xi,yi,zi)之間的空間距離m0j,j為正整數(shù),取m0j中的最小值和最大值得到該空間距離的取值范圍[lb,ub]并儲(chǔ)存;

s3,計(jì)算出原始數(shù)字模型與改動(dòng)后的數(shù)字模型相對應(yīng)形狀特征點(diǎn)在球坐標(biāo)下的距離偏差,并將該距離偏差繪制成二維圖m0-mj;

s4,利用具有掃描實(shí)物模型功能的掃描儀掃描待檢測的實(shí)物模型,進(jìn)而得到該實(shí)物模型的三維數(shù)字模型,或者直接使用獲取的待檢測三維數(shù)字模型,然后根據(jù)步驟s1得到實(shí)物模型的空間直角坐標(biāo)矩陣m'j(xi,yi,zi);

s5,計(jì)算實(shí)物模型的空間直角坐標(biāo)矩陣與原始數(shù)字模型空間直角坐標(biāo)矩陣之間的空間距離,并記為m'0j;

s6,若s5中得到的空間距離m'0j∈[lb,ub],則該實(shí)物模型的源模型為初始數(shù)字模型;

s7,計(jì)算出實(shí)物模型與初始模型項(xiàng)對應(yīng)形狀特征點(diǎn)在球坐標(biāo)下的距離偏差并將該偏差繪制成二維圖m0-m'jj;

s8,計(jì)算二維圖m0-m'jj與二維圖m0-mj的相似性系數(shù);若該相似性系數(shù)大于等于0.9,則該實(shí)物模型與初始模型為同源圖,若相似性系數(shù)小于0.9,則實(shí)物模型與初始模型為異源圖。

采用以上設(shè)計(jì)后,本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn):

利用空間相似距離的取值或者距離偏差判斷待檢測的3d數(shù)字模型或者實(shí)物模型,對檢測對象的要求低,無需事先在3d數(shù)字模型中添加水?。挥每臻g距離進(jìn)行相似性初步判斷,用距離偏差進(jìn)行二次確認(rèn)判斷,將3d空間矩陣相似性問題轉(zhuǎn)化為2d圖片匹配問題,檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性高,通過改變原始數(shù)字模型的方式得到的水印數(shù)據(jù)庫具有穩(wěn)定性,不會(huì)在打印后丟失。

作為改進(jìn),將s7中得到的距離偏差減去制造設(shè)備的偏差后,再繪制新的距離偏差二維圖,檢測精度更準(zhǔn)。

作為改進(jìn),所述的空間距離為歐式距離,歐式距離計(jì)算方法較為簡單。

作為改進(jìn),所述的具有掃描實(shí)物模型功能的掃描儀為激光3d掃描儀,該掃描儀的掃描效果較好。

作為改進(jìn),根據(jù)二維灰度圖的計(jì)算方法計(jì)算二維圖m0-m'j與二維圖m0-mj的相似性系數(shù),二維灰度圖的計(jì)算方法計(jì)算過程較為簡單。

附圖說明

圖1為原始數(shù)字模型m0的結(jié)構(gòu)示意圖

圖2為改動(dòng)后的數(shù)字模型m1的結(jié)構(gòu)示意圖

圖3為改動(dòng)后的數(shù)字模型m2的結(jié)構(gòu)示意圖

圖4為改動(dòng)后的數(shù)字模型m3的結(jié)構(gòu)示意圖

圖5為改動(dòng)后的數(shù)字模型m4的結(jié)構(gòu)示意圖

圖6原始數(shù)字模型、改動(dòng)后的數(shù)字模型、實(shí)物模型距離偏差二維圖的對比

圖中所示1、改動(dòng)點(diǎn)1,2、改動(dòng)點(diǎn)2,3、改動(dòng)點(diǎn)3,4、改動(dòng)點(diǎn)4,5、凹槽。

具體實(shí)施方式

一種3d打印模型的數(shù)字水印技術(shù),包括以下步驟,

s1,利用有限元分析軟件ansys讀取任意經(jīng)3d作圖軟件設(shè)計(jì)的原始數(shù)字模型,得到原始數(shù)字模型的形狀特征點(diǎn)的空間坐標(biāo),對形狀特征點(diǎn)進(jìn)行編號并將編號與其相對應(yīng)的空間直角坐標(biāo)x、y、z的值以矩陣的形式儲(chǔ)存為m0(xi,yi,zi),i=1~m,m為正整數(shù),;

s2,首先對原始數(shù)字模型分別進(jìn)行多次的微小拓?fù)涓膭?dòng),得到多個(gè)改動(dòng)后的數(shù)字模型,且將改動(dòng)后的數(shù)字模型編號為mj,j=1~n,n為正整數(shù);然后按照步驟s1分別提取mj的空間直角坐標(biāo)矩陣編號為mj(xi,yi,zi)且作為水印數(shù)據(jù)庫儲(chǔ)存,如表1所示;最后根據(jù)歐幾里得算法計(jì)算出分別計(jì)算出各改動(dòng)后的數(shù)字模型與原始數(shù)字模型相對應(yīng)的形狀特征點(diǎn)的x、y、z三坐標(biāo)矩陣的歐氏距離m0j,即mj(xi,yi,zi)與m0(xi,yi,zi)之間的歐式距離m0j,j為正整數(shù),取m0j中的最小值和最大值得到該空間距離的取值范圍[lb,ub]并儲(chǔ)存;所述的歐幾里得算法也可以為曼哈頓算法、切比雪夫算法、閔可夫斯基算法等;

s3,計(jì)算出原始數(shù)字模型與改動(dòng)后的數(shù)字模型相對應(yīng)形狀特征點(diǎn)在球坐標(biāo)下的距離偏差,并將該距離偏差繪制成二維圖m0-mj;

s4,利用具有掃描實(shí)物模型功能的掃描儀掃描待檢測的實(shí)物模型,進(jìn)而得到該實(shí)物模型的三維數(shù)字模型,或者直接使用獲取的待檢測三維數(shù)字模型,然后根據(jù)步驟s1得到實(shí)物模型的空間直角坐標(biāo)矩陣m'j(xi,yi,zi),所述的掃描儀為激光3d掃描儀;

s5,根據(jù)s2中的算法計(jì)算實(shí)物模型的空間直角坐標(biāo)矩陣與原始數(shù)字模型空間直角坐標(biāo)矩陣之間的空間距離,并記為m'0j;

s6,若s5中得到的空間距離m'0j∈[lb,ub],則該實(shí)物模型的源模型為初始數(shù)字模型;

s7,計(jì)算出實(shí)物模型與初始模型項(xiàng)對應(yīng)形狀特征點(diǎn)在球坐標(biāo)下的距離偏差并將該偏差繪制成二維圖m0-m'jj;

s8,根據(jù)二維灰度圖的計(jì)算方法計(jì)算二維圖m0-m'jj與二維圖m0-mj的相似性系數(shù);若該相似性系數(shù)大于等于0.9,則該實(shí)物模型與初始模型為同源圖,若相似性系數(shù)小于0.9,則實(shí)物模型與初始模型為異源圖。

為了進(jìn)一步減小誤差,將s7中得到的距離偏差減去制造設(shè)備的偏差后,再繪制新的距離偏差二維圖。

如圖1至圖6所示,現(xiàn)對本發(fā)明做詳細(xì)介紹,設(shè)m0為原始數(shù)字模型,對m0進(jìn)行了4次微小的拓?fù)涓膭?dòng)得到改動(dòng)后的數(shù)字模型m1、m2、m3、m4,改動(dòng)點(diǎn)的選擇應(yīng)不影響模型的整體外觀或性能。將m0中對應(yīng)改動(dòng)點(diǎn)1處的長度由10個(gè)單位變成8.5個(gè)單位得到m1,將m0中對應(yīng)改動(dòng)點(diǎn)2處兩個(gè)凹槽之間的寬度由12個(gè)單位改變成10個(gè)單位得到m2,將m0中對應(yīng)改動(dòng)點(diǎn)3處的凹槽的整體長度由32個(gè)單位改變成34個(gè)單位得到m3,將m0中對應(yīng)改動(dòng)點(diǎn)4處的凹槽的整體高度由10個(gè)單位變成9個(gè)單位得到m4,以上參數(shù)的單位均為長度單位需要保持一致,所述的單位可以都為毫米,也可以都為厘米,但不限于此。提取m0的空間直角坐標(biāo)矩陣,將形狀特征點(diǎn)編號1至219,得到矩陣m0(x0,y0,z0),然后對應(yīng)m0中的形狀特征點(diǎn)分別提取m1、m2、m3、m4的空間直角坐標(biāo)矩陣,得到矩陣m1(x1,y1,z1)、m2(x2,y2,z2)、m3(x3,y3,z3)、m4(x4,y4,z4),如下述的表1所示:

根據(jù)歐幾里得算法計(jì)算m0分別與m1、m2、m3、m4之間的歐氏距離:

j取1,2,3,4,m取1~219

根據(jù)上述公式得出m0與m1之間的歐式距離m01=3,m0與m2之間的歐式距離m02=0,m0與m3之間的歐式距離m03=62,m0與m4之間的歐式距離m04=80,則空間距離的取值范圍為[0,80],若待檢測實(shí)物模型與m0之間的歐式距離在[0,80]之內(nèi),則表明待檢測實(shí)物模型的源模型為m0。

為了更加精確計(jì)算出初始數(shù)字模型與待檢測實(shí)物模型之間的相似系數(shù),進(jìn)一步計(jì)算出m0與m1、m2、m3、m4相對應(yīng)形狀特征點(diǎn)在球坐標(biāo)下的距離偏差,并將該距離偏差分別繪制成二維圖m0-m1、m0-m2、m0-m3、m0-m4,如圖6所示。m'11、m'22、m'33、m'44分別為4個(gè)對應(yīng)m1、m2、m3、m4的待檢測實(shí)物模型,利用3d激光掃描儀得到其數(shù)字模型,然后按照前述計(jì)算距離偏差的方法分別計(jì)算m0與其它待檢測實(shí)物模型的距離偏差,進(jìn)而繪制m0-m'11、m0-m'22、m0-m'33、m0-m'44的距離偏差二維圖,最后用二維灰度圖的計(jì)算方法分別計(jì)算m0-m1與m0-m'11、m0-m2與m0-m'22,m0-m3與m0-m'33,m0-m4與m0-m'44的相似性系數(shù),分別為0.997、0.996、0.999、0.998,這4個(gè)相似性系數(shù)均大于0.9,因此說明待檢測實(shí)物模型m'11、m'22、m'33、m'44的源模型均為原始數(shù)字模型;根據(jù)多次實(shí)驗(yàn)結(jié)果一般異源圖之間的相似性系數(shù)小于0.1。

本發(fā)明通過微改變原始數(shù)字模型的方式得到水印數(shù)據(jù)庫,且該數(shù)據(jù)庫具有穩(wěn)定性,不會(huì)在打印后丟失,因此適用于數(shù)字文件和實(shí)物模型的真?zhèn)舞b別;在計(jì)算模型相似性中通過3d空間歐幾里得距離和2d距離偏差相似性檢測,能精準(zhǔn)地定位同源數(shù)字文件,同時(shí)將3d空間矩陣相似性問題轉(zhuǎn)化為2d圖片匹配。

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