● 摘要
三维数字扫描等逆向工程技术以及Internet的迅速发展促进了三维图形的应用越来越广泛。但是三维图形的规模性和复杂性给数据在网络上的传输带来了困难。另外通过Internet展示三维图形容易使得宝贵的三维数据被滥用和盗用。本文针对三维模型压缩编码、三维模型及场景传输策略、模型误差测量以及三维数字版权保护进行了深入研究。（1）提出了一种以几何信息驱动，针对几何、拓扑和属性数据的高效压缩编码方法。在几何编码中，提出OT压缩编码方法，即使用Octree子分方法重新划分三维模型顶点信息，建立Octree数据结构并对节点进行统计分析，寻找特征节点并使用较少比特位进行高效编码。针对低分辨率下压缩图形失真严重的缺点，设计并实现了后向预测编码方法（Post-Forecast OT方法），在压缩比特率和低分辨率压缩效果方面取得了很好的平衡。在拓扑及纹理坐标编码中，依据几何编码重新对顶点排序，并根据几何递进显示顺序的约束重新排序三角形索引和纹理坐标索引。针对纹理图像提出QT编码方法，即采用Quadtree分解方法对纹理进行多分辨率重构，配合其它信息的网络传输。本方法对三维网格模型的几何、拓扑和属性三大类数据均进行压缩编码研究，以几何信息驱动拓扑和属性信息，空间划分效率高，收敛速度快，适用任意拓扑网格模型，压缩比高而且可以有效控制压缩程度，既能实现无损压缩，也能实现不同压缩比率的有损压缩。（2）提出了一种基于“零”预传输（Zero-PT）的三维模型及场景传输策略。提出了“零”预传输方法，不需要针对网络带宽估计的传输时间，使用极少的预传输数据即可对所有三维数据递进传输，而且预传输数据不依赖模型大小，因此客户端响应时间短并且稳定。针对单个模型和场景的不同特点分别采取不同的传输策略，提出一种面向对象的视点传输策略OOVDT，实现了按需传送，充分利用了网络带宽。（3）提出了一种基于主成分分析的三维模型综合误差评价方法。从几何误差度量准则和视觉误差度量准则两方面论述了三维模型的误差评价标准，并比较两者的优缺点。针对本文压缩方法的结果进行了大量误差评测实验，利用主成分分析方法对原始数据降维，将多个变量化减为少数几个相互无关的综合变量，并给出了基于主成分分析的综合误差评价经验公式，比较全面真实地反映了模型之间的几何和视觉误差。（4）研究并实现了两种不同机制的三维数据保护方法：三维数字水印和三维模型远程绘制。将本文三维压缩编码与三维数字水印技术结合，提出了三个针对旋转、平移、缩放、顶点重排序、均匀化简等不同类型攻击，且适用于任意拓扑网格的三维模型鲁棒性盲水印算法：OTC-W算法、OTP-W算法和Z-W算法，可以有效地保护三维数字作品版权。基于把高精度模型保留在服务器端这一思想提出了一种三维模型远程绘制方法，根据图形绘制流水线对各种三维模型攻击方法进行研究、分析，提出了一系列防范手段，并实现了一个远程绘制系统Protected-3DMPS。这两种方法分别从被动和主动两方面为三维数据版权保护提供了一种有效的解决方案。以上研究成果在虚拟奥运博物馆、中国大学数字博物馆中得到应用并取得良好的效果。