BIM制造技术

本发明专利技术属于水印信息安全技术领域，具体公开了一种

【技术实现步骤摘要】
BIM数据零水印方法、装置及介质


[0001]本专利技术属于水印安全
，更具体地，涉及一种
BIM
数据零水印方法
、
装置及介质
。

技术介绍

[0002]随着智慧城市的不断发展，“数字中国”的概念被提出，建筑信息模型（
Building Information Modeling
）数据由于能够表达城市的全要素信息，有助于城市地理实体描述与微观分析，成为数字中国建设的重要数据源
。
然而
BIM
数据具有精度高
、
涉密广
、
安全性强等特征，数据的非法使用与泄密不仅有损数据合法拥有者利益，更可能对国家利益和安全造成严重损害，因此亟需高效
、
有效的安全保护策略以保护
BIM
数据安全
。
数字水印技术是一种前沿的信息安全技术，可以有效解决数据版权保护问题
。
然而传统水印技术是通过要素移动等方法将版权信息嵌入原始数据中，这将导致
BIM
数据的精度损失或错误的发生
。
零水印是一种基于数据特征来建立版权与数据间紧密关系的水印技术，能够有效解决数字水印可感知性和鲁棒性之间的矛盾，在不影响数据质量的前提下进行
BIM
数据全生命周期的版权认定
、
侵权行为溯源与内容认证等，为
BIM
安全保护提供可行
、
可靠的技术支撑
。r/>[0003]BIM
数据是可视化三维模型，现有的三维模型零水印研究已取得了丰硕成果，对
BIM
数据零水印具有借鉴意义
。
已有成果可分为两类：基于全局几何特征及基于局部几何特征的三维模型零水印算法
。
[0004]基于全局特征的零水印算法，是基于模型直方图等全局特征来构造水印信息的
。
如高健等（
[
高健
,
李智
,
樊缤等
.
基于光线投射采样和四元数正交矩的高效三维医学影像鲁棒零水印算法
[J].
计算机应用
,2023,43(04):1191
‑
1197.]）首先基于光线投射的采样算法，获得三维模型的冠状面
、
矢状面及横切面特征图，其后将特征图进行极复指数变换获得四元数正交矩，最后，对正交矩与版权信息进行异或得到零水印信息
。
此算法不仅提高了水印容量，且能够抵抗噪声
、
缩放等多种攻击
。
由于全局统计特征的高稳定性，此类方法可抵御较多类型的恶意攻击，但对原始数据存在较高要求，常用于冗余较高的网格模型等
。BIM
数据是精细单体模型，具有突出的分层特性
、
冗余低，因此难以进行直方图统计特征等全局特征进行不变量提取与零水印构建
。
[0005]基于局部特征的零水印算法，是通过根据三维模型顶点顺序
、
距离等局部特征来构造零水印信息的
。
如
Liu
（
[Liu G,Wang Q,Wu L, et al. Zero
‑
watermarking Method for Resisting Rotation Attacks in 3D Models[J]. Neurocomputing,2020,421.]）等基于
Beamlet
变换提出一种三维模型抗旋转攻击零水印算法，他首先计算顶点三环邻域面积，再将中等面积顶点的一环邻域投影至切平面，并通过
Beamlet
变换提取切平面
X
轴两侧网格，最终获得构建的零水印，这种方法对常规攻击具有较强抵抗力，能够可靠地保护三维模型的版权
。
基于局部特征的零水印算法灵活性更强，对原始数据顶点数量要求更低，且相对拥有更强的抗攻击能力
。
目前，已有学者基于局部特征设计了
BIM
数据零水印算法
。
景旻等（
[
景旻
,
任娜
,
朱长青等
.
一种基于距离分区的
BIM
模型零水印算法
[J].
北京邮电大学学
报
,2019,42(05):100
‑
106.]）以图元基准点到模型特征点的距离作为水印载体，将特征值分区后利用奇偶性实现了零水印多次构造
。
此算法对常规平移
、
旋转
、
详细程度变换攻击有较强鲁棒性，为现有三维模型水印算法无法直接用于
BIM
数据的问题提供了可行方案
。
然而，由于此算法利用排序后的图元到模型基点距离进行水印分区，一旦数据发生图元增删，距离序列可能发生错误，特征值被破坏，使零水印出现噪点，因此算法在抗图元攻击方面存在不足
。

技术实现思路

[0006]提供了本专利技术以解决现有技术中存在的上述问题
。
因此，需要一种
BIM
数据零水印方法
、
装置及介质，具体是以利用模型垂直稳定性，建立图元簇与水印位的映射关系，然后计算每簇图元范数，以范数偏度度量正负性作为特征值构造二值序列，最后将二值序列与原始水印序列进行异或操作构造
BIM
数据零水印
。
实验结果表明本专利技术的唯一性
、
鲁棒性及安全性
。
[0007]根据本专利技术的第一技术方案，提供一种
BIM
数据零水印方法，所述方法包括：基于密钥筛选目标类型的图元加入集合，计算图元中心点坐标，
N
为集合长度，并采用所有图元坐标平均值的方法计算模型中心点；排序集合中图元的
Z
值，若或，将对应的
Z
值从集合中删除，获得符合条件的，并根据原始水印序列长度
n
，如式（3）计算步长：
[0008]式中
Z
max
为图元
Z
值最大值，
Z
min
为图元
Z
值最小值；根据步长，将集合中图元划分到
n
个簇中，每簇图元的
Z
坐标符合式（4）：
[0009]式中
k
为第
j
个图元簇的图元数量，为集合中的第
i
个图元；计算图元簇中每一个图元到模型中心点的范数并计算簇内偏度度量，根据偏度度量的正负性来构造水印信息，如式（5）所示：
[0010]式中为图元簇的范数偏度度量；偏度为0时，表明簇内图元范数呈对称，此时设置水印信息为1，最终获得水印序本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种
BIM
数据零水印方法，其特征在于，所述方法包括：基于密钥筛选目标类型的图元加入集合，计算图元中心点坐标，
N
为集合长度，并采用所有图元坐标平均值的方法计算模型中心点；排序集合中图元的
Z
值，若或，将对应的
Z
值从集合中删除，获得符合条件的，并根据原始水印序列长度
n
，如式（3）计算步长：，式中
Z
max
为图元
Z
值最大值，
Z
min
为图元
Z
值最小值；根据步长，将集合中图元划分到
n
个簇中，每簇图元的
Z
坐标符合式（4）：，式中
k
为第
j
个图元簇的图元数量，为集合中的第
i
个图元；计算图元簇中每一个图元到模型中心点的范数并计算簇内偏度度量，根据偏度度量的正负性来构造水印信息，如式（5）所示：，式中为图元簇的范数偏度度量；偏度为0时，表明簇内图元范数呈对称，此时设置水印信息为1，最终获得水印序列；根据式（6）将与置乱后的原始水印序列进行异或操作，得到零水印二值序列：，式中表示异或操作
。2.
根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过如下公式计算图元的范数：，式中，
、
与为模型中心点的横坐标
、
纵坐标与立坐标
。3.
根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过如下公式计算图元簇范数偏度：，式中，是图元簇的偏度度量，
k
是图元簇中图元的数量，为第
i
个数据的范数，为图元簇范数平均值，是图元簇范数标准差
。
4.
根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括水印信息检测，所述水印信息检测包括：获取
BIM
数据，对所述
BIM
数据进行图元分簇，计算每一簇内图元到模型中心点的范数；计算图元簇范数偏度度量来构造水印信息，获得水印零水印二值序列；获取
IPR
数据库中注册二值序列，并依据式（6）进行异或操作，生成水印序列，逆置乱获得原始水印图像
。5.
一种
BIM
数据零水印方法装置，其特征在于，所述装置包括：图元分簇模块，被配置为：...

【专利技术属性】
技术研发人员：周倩雯，朱长青，任娜，朱江，
申请(专利权)人：南京师范大学，
类型：发明
国别省市：