專利名稱：通過置換3d對象的點坐標對3d對象進行保護的方法和設備的制作方法
技術領域：
本發(fā)明總地涉及一種3-D模型并且具體地涉及這種模型的圖形對象的保護。
背景技術：
本部分旨在向讀者介紹可能與以下描述的和/或要求權利的本發(fā)明的各個方面有關的技術的各個方面。相信本論述有助于向讀者提供背景信息以便促進更好地理解本發(fā)明的各個方面。相應地，應該了解的是，應該以這樣的方式來理解這些陳述，而不是作為對現有技術的承認。近年來，尤其在虛擬實境(metaverse)出現的情況下，三維(3D)對象的使用已經日益增長。對于3D對象有多種用途社交世界、游戲、鏡像世界、仿真工具、并且還有3D用戶界面、動畫電影和用于電視的虛擬效果。一般地，3D虛擬對象表示現金值。在社交世界和游戲中，玩家為了現金而將虛擬對象或化身(avatar)銷售給其他玩家。在在線游戲中建立有經驗的角色是非常漫長的、可能需要在鍵盤上花數百小時的過程。通過仿真工具對真實世界對象進行3D建模允許制造真實(假的)的對象并且進行銷售。從好萊塢工作室泄露下一大片(blodAuster)的場景的3D模型可能導致該工作室的出版發(fā)行不良。可見，在許多情況下，3D對象對它們的所有者是巨大的財富。內容保護策略包括旨在例如通過加密使未經授權的用戶對內容進行訪問變得不可能的保密性保護和旨在使追蹤未經授權而散布內容的用戶成為可能的加注水印。盡管這些方法有些粗劣，但3D內容保護的基本方法聚焦于整個數據，即，所有數據要么被加密要么被加注水印(或者二者)。保護3D內容的更加精細的方法是保護其3D對象中的一個或多個。由于3D內容通常由位于設置中的許多不同的對象組成，這是可能的。當將每個3D對象編碼成單獨的實體時，單獨地保護它們中的每一個成為可能并且不需要保護它們的全部。例如，US 2008/0022408描述了一種通過將對象的“邊界框(boundingbox) ”作為未加密數據存儲于一個文件中并且將受保護3D對象作為加密數據存儲于單獨的文件中進行3D對象保護的方法。任何用戶均可訪問未加密數據，但是僅有授權用戶可以訪問加密數據；未授權用戶看到其基本表示(即，邊界框)，諸如平行六面體而不是汽車。然而，這種方法被開發(fā)用于3D呈現(rendering)軟件并且不太適合于諸如視頻和電影之類的多媒體內容。此外，文件格式(具有未加密數據的一個文件和具有加密數據的一個文件)是非標準的并且從而僅被適配的呈現設備而不是標準設備使用。實際上，加密數據不遵守大多數3D 技術的語法并且從而通?？赡懿槐皇褂?。US 6678378描述了一種通過加密來保護3D計算機輔助設計(CAD)對象的解決方案。該解決方案可以通過非線性或仿射變換(affinetransformation)，由此扭曲3D對象或者通過諸如RSA之類的“正?！奔用軄砑用芄?jié)點的坐標值以及邊緣或輪廓的方程之一。這個解決方案的問題在于計算可能代價高(尤其當使用RSA時)以及失真仍然不足以阻止惡意用戶使用內容。此外，在“正?！奔用艿那闆r下，3D對象可能根本不能被諸如計算機或電視機之類的內容消費設備讀取，這在一些情況下可能是缺點。2006 年，Shi，W. ，Lee，H. ，Yoo，R.，禾口 Boldyreva，A 在 A Digital RightsEnabledGraphics Processing System. GH' 06 ψ =Proceedings of the 21 st ACMSIGGRAPH/EUROGRAPHICS symposium on Graphics hardware，ACM，1716 中提出了一種啟用數字權限的圖形處理系統。利用這個系統，將組成3D對象(頂點、紋理的集合)的數據加密。在許可的控制下，在圖形處理單元內處理它們的解密。還提出了使用多分辨率網格來同時傳遞3D元素的受保護和未受保護的版本。雖然該系統本身是朝著安全的3D環(huán)境的真正的進步，但利用其他虛擬現實建模語言(VRML)呈現器來使用受保護的場景將導致互操作的問題。David Koller和Marc Levoy描述了一種其中將高清晰度3D數據存儲在服務器中對3D數據進行保護的系統。用戶可以訪問他們可以操作的低清晰度3D對象，并且當用戶選擇了視圖時，向返回與該視圖對應的二維JPEG的服務器發(fā)送請求。因此保護了高清晰度3D數據，這是因為從未向用戶提供它。(參見David Koller和Marc Levoy的“Protecting3D Graphics Content”，Communications of ACM，2005 年 6 月，vol. 48，no. 6.)。雖然這個系統對于其旨在的用途運行良好，但當要將完整的3D數據傳送到用戶時它不適用。現有技術解決方案的共同問題在于它們不進行格式保留(formatpreserving)，而它們基于3D數據的加密并且它們提供未授權設備可用的第二組3D數據使得用戶可以看見一些例如邊界框的東西。歐洲專利申請10305692. 5描述了一種格式保留解決方案，其中包括一列點(即，頂點)的3D對象通過置換至少一些點的坐標而被保護。詳述點是怎樣被連接的列表保持不變，但是由于這些點不再具有初始值，所以3D對象不再“有意義”。這種解決方案的優(yōu)點在于受保護3D對象也可以被不能“解密”受保護的3D對象的設備讀取，盡管其看上去非常奇怪，以及在于受保護3D對象被記錄(inscribe)在與原始3D對象相同大小的框中。然而，已經發(fā)現，由于受保護3D對象的點具有與原始3D對象相同的坐標、但是處于不同的順序中，該解決方案可以易受到重構技術的攻擊。因此將要認識到需要一種解決方案，其可以使用快速計算使得能夠保護3D對象，還使得未授權內容消費設備能夠讀取并顯示3D對象，盡管以一種不令人滿意的呈現視圖的方式，并且對抗重構技術。本發(fā)明提供這樣的解決方案。

發(fā)明內容
在第一個方面，本發(fā)明針對一種保護圖形對象的方法。設備接收包括以至少二維表示的多個點的圖形對象，根據確定的置換順序置換至少一些點的至少一個維度的坐標值以便獲得受保護的圖形對象，所述坐標值獨立于至少一個其它維度的坐標值而被置換，以及輸出受保護的圖形對象。在第一優(yōu)選實施例中，圖形對象是三維對象。在第二優(yōu)選實施例中，置換維度的所有坐標。在第三優(yōu)選實施例中，置換所有維度的至少一些坐標。使用基于密鑰的置換算法來置換坐標是有利的。在第四優(yōu)選實施例中，受保護的圖形對象和圖像對象包括不同的點的集合。
在第二個方面，本發(fā)明針對一種對受保護的圖形對象去除保護(improtect)的方法。設備接收包括以至少二維表示的多個點的受保護的圖形對象，根據確定的置換順序置換至少一些點的至少一個維度的坐標值，所述坐標值獨立于至少一個其它維度的坐標值而被置換，其中，所述置換對受保護的對象去除保護以便獲得不受保護的圖形對象，以及輸出不受保護的圖形對象。在第一優(yōu)選實施例中，圖形對象是三維對象。在第二優(yōu)選實施例中，置換維度的所有坐標。在第三優(yōu)選實施例中，置換所有維度的至少一些坐標。使用基于密鑰的置換算法來置換坐標是有利的。在第三個方面，本發(fā)明針對一種用于保護圖形對象的設備。所述設備包括用于接收包括以至少二維表示的多個點的圖形對象的部件，用于根據確定的置換順序置換至少一些點的至少一個維度的坐標值以便獲得受保護的圖形對象的部件，所述坐標值獨立于至少一個其它維度的坐標值而被置換，以及用于輸出受保護的圖形對象的部件。在第四個方面，本發(fā)明針對一種對受保護的圖形對象去除保護的設備。所述設備包括用于接收包括以至少二維表示的多個點的受保護的圖形對象的部件，用于根據確定的置換順序置換至少一些點的至少一個維度的坐標值的部件，所述坐標值獨立于至少一個其它維度的坐標值而被置換，其中，所述置換對受保護對象去除保護以便獲得不受保護的圖形對象，以及用于輸出不受保護的圖形對象的部件。在第五個方面，本發(fā)明針對一種可計算的可讀的存儲介質，其包括在被處理器執(zhí)行時運行本發(fā)明第一個方面的任何實施例的方法的存儲指令。在第六個方面，本發(fā)明針對一種可計算的可讀的存儲介質，其包括在被處理器執(zhí)行時運行本發(fā)明第二個方面的任何實施例的方法的存儲指令。


現在將以非限定性示例的方式，參照附圖，描述本發(fā)明的優(yōu)選特征，附圖中圖1圖示了根據本發(fā)明優(yōu)選實施例的用于保護3D對象的系統；圖2圖示了根據本發(fā)明優(yōu)選實施例的用于保護3D對象的方法；以及圖3和圖4圖示了根據本發(fā)明優(yōu)選實施例的3D對象保護的不同方面。
具體實施例方式在諸如例如虛擬現實建模語言(VRML)和X3D之類的一些3D內容格式中，3D圖形對象(“3D對象”)被表示為點的第一列表(或陣列)，其中每個點具有一組特定坐標，以及具有關于怎樣將點鏈接在一起的信息的第二列表。本發(fā)明的一個顯著的發(fā)明構思在于通過執(zhí)行加密算法，優(yōu)選地為第一列表中的至少一個維度進行點的坐標的基于密鑰的置換，來保護3D對象。置換導致創(chuàng)建點的新集合(即，受保護3D對象的點的集合與3D對象的點的集合不同)，使得受保護3D對象仍然被任何標準3D模型呈現應用所理解，但是作為結果的顯示變得怪異(weird)并且對于觀看者幾乎不能使用。技術人員將認識到，具體在考慮以下的描述時，與其中將點自身的坐標置換為列表中的坐標的EP 10305692. 5中的解決方案相比的區(qū)別。
授權用戶具有反轉置換并且將點混洗(shuffle)到它們原始位置的手段。圖1圖示了根據本發(fā)明優(yōu)選實施例的用于保護3D對象的系統100而圖2圖示了根據本發(fā)明優(yōu)選實施例的用于保護3D對象的方法。作為非限定性示例，點與組成圖形對象的表面的頂點對應并且以3D坐標來表達，并且第二列表包括關于怎樣將頂點鏈接在一起以便形成線和面的信息?？梢栽陟o止部分(VRML語法中的Coordinate節(jié)點)或者動畫部分(VRML語法中的Coordinatehterpolator節(jié)點)上或者優(yōu)選地在二者上執(zhí)行置換。換言之，它是被保護的3D對象的表示，這使得不可能正確地呈現對象。系統100包括發(fā)送器110和接收器140，每個都包括至少一個處理器111、141，存儲器112、142，優(yōu)選地用戶界面113、143，以及至少一個輸入/輸出單元114、144。發(fā)送器 110可以是例如個人計算機或者工作站，而接收器120可以例如不僅是個人計算機或者工作站，而且是電視機，錄像機，機頂盒等等。發(fā)送器110接收210要保護的3D對象120，使用密鑰來置換2203D對象120的點的χ坐標、y坐標、以及ζ坐標中的至少一個(優(yōu)選全部三個)以便獲得被存儲到或發(fā)送到 230接收器140的受保護的3D對象130。由于至少一個維度的坐標(x，y，ζ)與其它獨立地進行置換，所以置換很有可能生成新的點。換言之，對點編排索引并且一維的坐標通過改變索引的坐標而被“打亂(scramble)”。(注意到EP 10305692. 5中描述了將三個坐標作為一個置換，導致點的置換)。接收器120接收240受保護的3D對象130，通過使用密鑰(其可以是任何秘密數字)對被置換的維的坐標進行置換來恢復250點，并且可以然后顯示或者另外使用260未受保護的3D對象150。換一種方式，接收器反轉置換使得恢復索引的坐標。應注意，初始3D對象120和未受保護3D對象150 —般相同。結果，由于所有對象將被正確地顯示，授權用戶將不會意識到任何不正常的東西， 而未授權用戶將看到具有以不正確的方式呈現的受保護對象(或多個對象)的整個場景。第一可計算可讀取存儲介質160包括存儲的用于在被發(fā)送器110的處理器111執(zhí)行時如所述地保護3D對象的指令。第二可計算可讀取存儲介質170包括用于在被接收器 140的處理器141執(zhí)行時如所述地對3D對象去除保護的存儲的指令。圖3和圖4圖示了根據本發(fā)明優(yōu)選實施例的3D對象保護的不同方面。圖3示出了例如對象的靜止部分的點的未受保護列表310在置換320后變成點的受保護列表330。 作為示例，僅僅置換了 χ坐標值，而y坐標值和ζ坐標值保持不變。在圖3中，在坐標值的集合的左邊示出索引?？梢钥吹絻蓚€列表中的點是不同的；例如，在點的未受保護列表310 中索引1處的χ坐標17變成點的受保護的集合320中索引8的χ坐標。圖4圖示了 3D對象的呈現呈現的未受保護3D對象410被示為挨著呈現的受保護的3D對象420以便使得能夠在它們之間進行比較。如所見到的，呈現的受保護3D對象420實際上完全不可理解， 盡管可能僅僅推斷出例如記錄3D對象的“框”的大體大小。在可替換的實施例中，3D圖形對象的點與組成圖形對象的表面上的紋理的映射對應并且以二維坐標表達。所使用的置換實際上可以是按照確定的置換順序對點進行置換的任何基于密鑰的置換算法。這種算法的基本示例是將索引i處的列表中的坐標值移動到索引i’，并小心不覆蓋在索引i’處的值。為了保護列表，i' = (i+k)modN，其中k是秘密的而N是列表的大小。為了對列表去除保護，i' = (i-k)modN，再次小心不覆蓋任何值。另一示例是通過將索引和密鑰作為輸入來產生輸出索引的函數來迭代地交換坐標值i' = fk(i)modN，其中 N 是索弓 I 的數目。DonaldE. Knuth 在"The Art of Computer Programming volume 2 Seminumericalalgorithmspp. 138-140 中描述了置換算法的另一個示例。應該注意，維度的一個或多個坐標可以保持未置換而不顯著地影響安全性，尤其是在未置換的點的數目和置換的坐標的數目的比率保持小的情況下。技術人員將認識到用戶授權和密鑰管理在本發(fā)明的范圍之外。因此可見僅僅置換坐標。傳統的方法是對頂點數據進行加密，這在最好的情況下將使得隨機點到處分布在3D空間中并且與整個場景的其它對象重疊；在最壞的情況下，將根本不可能呈現3D對象。按照本發(fā)明的方法，受保護3D對象大體上保持在原始3D對象(即，未受保護的3D對象)的幾何界限內。因此，當用戶未被授權對一個對象去除保護時，整體場景不太受這個受保護的對象的顯示的干擾(confuse)。雖然將本發(fā)明描述為用于三維，但其還可以應用于保護二維或多于三維的對象。因此應該認識到本發(fā)明可以提供一種用于確保3D模型的保密性的機制，并且該機制可以為未被授權的用戶在視覺上區(qū)分受保護的和未受保護的模型。還將要認識到總是可以呈現受保護的3D對象(以及包括該3D對象的場景)，盡管其將是不可識別的。還將要認識到該保護機制可以對抗(表面)重構技術。說明書和(在合適時)權利要求和附圖中公開的每個特征可以獨立地或者以任何適當的組合而提供。被描述為在硬件中實施的特征還可以在軟件中實施，并且反之亦然。權利要求中出現的參考數字僅僅為了說明并且對權利要求的范圍將不具有限制影響。
權利要求
1.一種保護圖形對象(120;410)的方法，所述方法包括在設備(110)中進行以下步驟接收Ο ο)包括以至少二維表示的多個點的圖形對象(120 ；410)；根據確定的置換順序置換(220)至少一些點的至少一個第一維度的坐標值以獲得受保護的圖形對象(130 ；420)，所述坐標值獨立于至少一個第二維度的坐標值而被置換，以及輸出(230)受保護的圖形對象(130 ；420)。
2.如權利要求1所述的方法，其中圖形對象(120；410)是三維對象。
3.如權利要求1所述的方法，其中置換所述至少一個第一維度的所有坐標。
4.如權利要求1所述的方法，其中置換所有維度的至少一些坐標。
5.如權利要求1-4中任意一項所述的方法，其中使用基于密鑰的置換算法來置換坐標。
6.如權利要求1-4中任意一項所述的方法，其中所述受保護的圖形對象(130；420)和所述圖像對象(120 ；410)包括不同的點的集合。
7.一種對受保護的圖形對象(130 ；420)去除保護的方法，所述方法包括在設備(140)中進行以下步驟接收(MO)受保護的圖形對象(130 ；420)，所述受保護的圖形對象(130 ；420)包括以至少二維表示的多個點，根據確定的置換順序置換(250)至少一些點的至少一個第一維度的坐標值，所述坐標值獨立于至少一個第二維度的坐標值而被置換，其中，所述置換對受保護的對象去除保護以便獲得不受保護的圖形對象(150 ；410)，以及輸出(沈0)所述不受保護的圖形對象(150 ；410)。
8.如權利要求7所述的方法，其中所述不受保護的圖形對象(150;410)是三維對象。
9.如權利要求7所述的方法，其中置換所述至少一個第一維度的所有坐標。
10.如權利要求7所述的方法，其中置換所有維度的至少一些坐標。
11.如權利要求7-10中任意一項所述的方法，其中使用基于密鑰的置換算法來置換坐標。
12.一種用于保護圖形對象(120 ；410)的設備(110)，所述設備(110)包括用于接收包括以至少二維表示的多個點的圖形對象(120;410)的部件(114)；用于根據確定的置換順序置換至少一些點的至少一個第一維度的坐標值以便獲得受保護的圖形對象(130;420)的部件(111)，所述坐標值獨立于至少一個第二維度的坐標值而被置換，以及用于輸出所述受保護的圖形對象(130 ；420)的部件(114)。
13.一種對受保護的圖形對象(130;420)去除保護的設備(140)，所述設備(140)包括用于接收受保護的圖形對象(130;420)的部件(141)，所述受保護圖形對象(130;420)包括以至少二維表示的多個點；用于根據確定的置換順序置換至少一些點的至少一個第一維度的坐標值的部件(141)，所述坐標值獨立于至少一個第二維度的坐標值而被置換，其中，所述置換對受保護的對象去除保護以便獲得不受保護的圖形對象(150;410)；以及用于輸出所述不受保護的圖形對象(150;410)的部件(144)。
14.一種可計算可讀的存儲介質(160)，包括在被處理器執(zhí)行時運行權利要求1-6中任意一項的方法的存儲指令。
15.一種可計算可讀存儲介質(170)，包括在被處理器執(zhí)行時運行權利要求7-11中任意一項的方法的存儲指令。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種通過置換3D對象的點坐標對3D對象進行保護的方法和設備。其中，通過第一設備(110)保護3D對象(120；410)接收(210)3D對象(120；410)，置換(220)3D對象(120；410)的至少一些點的至少一個維度的坐標以獲得受保護的3D對象(130；420)，以及輸出(230)受保護的3D對象(130；420)。維度的坐標優(yōu)選地獨立于其它維度的置換而被置換。通過第二設備(140)對受保護的3D對象(130；420)去除保護接收(240)受保護的3D對象(130；420)，置換(250)受保護的3D對象(130；420)的至少一些點的至少一個維度的坐標以獲得不受保護的3D對象(150；410)，以及輸出(260)不受保護的3D對象(150；410)。還提供了計算機可讀存儲介質(160，170)。
文檔編號G06F21/00GK102567664SQ20111036168
公開日2012年7月11日 申請日期2011年11月15日 優(yōu)先權日2010年11月15日
發(fā)明者G.多爾, M.埃路亞德, S.萊利弗里, Y.梅茲 申請人:湯姆森特許公司