摘 要：為了客觀地探究和反映元代壁畫《朝元圖》服飾的色彩設計思維，以260位神仙的服飾為研究對象，對其色彩特征和搭配關系進行量化研究。首先逐一去除每位神仙圖像中的非服飾部分，使用中值濾波降噪平滑，建立樣本庫。再使用K-means聚類算法分別對男性和女性服飾進行色彩提取，使用Apriori關聯(lián)規(guī)則算法挖掘色彩搭配規(guī)則，并以色彩網絡模型呈現(xiàn)二元色彩搭配情況。然后基于孟塞爾色彩體系理論，進行色彩屬性及色彩調和方式分析，發(fā)現(xiàn)《朝元圖》男女服飾色彩都分為6種色系，色彩分布規(guī)律一致，色彩搭配多使用冷暖對比與明暗對比的調和。最后依據所得色彩網絡模型，結合孟塞爾色彩理論挑選色彩搭配規(guī)則，進行瑜伽服色彩設計。研究結果可為現(xiàn)代服飾色彩的設計應用提供參考。

關鍵詞：色彩網絡；K-means聚類算法；《朝元圖》服飾；孟塞爾色彩理論

中圖分類號：TS941.11

文獻標志碼：A

文章編號：1009-265X（2024）10-0125-10

中國傳統(tǒng)色彩體系具備獨特而豐富的審美傳統(tǒng)，值得當代紡織品色彩設計的關注與傳承［1］?！冻獔D》是元代道教壁畫藝術的典范，以其富麗輝煌的色彩為特點［2］，運用了多種水質、礦物質和金屬顏料，尤其是石青、石綠、朱砂和黃金等貴重顏料［3］。這不僅體現(xiàn)了傳統(tǒng)色彩文化的精髓，也展現(xiàn)了其在藝術中的卓越表達。作為古人心目中的神仙服飾，《朝元圖》服飾沿襲了中國古代漢民族服飾的傳統(tǒng)［4］，既為永樂宮文創(chuàng)產品的設計提供參考，也為現(xiàn)代國風時裝設計提供創(chuàng)意和靈感。

目前，計算機技術廣泛應用于圖像色彩提取和色彩搭配關系挖掘，構建色彩網絡。色彩網絡模型通過網絡節(jié)點以及節(jié)點間的連線展現(xiàn)提取到的色彩及其搭配關系，為傳統(tǒng)色彩的量化分析和應用提供基礎和思路。楊梅等［5］建立了敦煌壁畫色彩的主輔色網絡模型，并批量生成配色方案；

賈靜等［6］構建了畬族服飾色彩網絡，分析了不同地區(qū)畬族服飾的色彩構成情況；

陳希雅等［7］結合八叉樹顏色量化及K-means聚類算法提取香云紗色彩特征，使用Apriori算法得到色彩搭配規(guī)則，建立配色網絡模型；吳勘等［8］提取馬王堆帛畫特征色彩，生成色彩網絡，并應用在文創(chuàng)設計中。在研究色彩特征和配色時，色彩體系可作為統(tǒng)一的度量標準，使色彩標識更規(guī)范化。常見的色彩體系包括孟塞爾色彩體系、自然色彩體系（Natural color system， NCS）、日本色研配色體系（Practical color coordinate system， PCCS）等。王憶雯等［9］用孟塞爾色立體標定了南北荷包實物色彩；趙海英等［10］對提取到的苗族服飾色彩進行了NCS編譜分析；趙崧靈等［11］采用PCCS色彩體系探究民國旗袍代表色彩特征。

《朝元圖》采用平涂的“積色體”畫法［12］，色彩效果飽滿厚重，展現(xiàn)出濃烈的中國本土宗教的氛圍。目前對于《朝元圖》服飾色彩特征的分析主要依賴于文化和藝術層面的考量，傾向于經驗認知，存在缺乏系統(tǒng)、科學理論支持的問題。本文旨在對《朝元圖》服飾色彩進行可量化、可視化的研究，利用K-means聚類算法提取色彩信息并構建色彩網絡模型。同時，結合孟塞爾色彩體系進行色彩特征分析，將色彩網絡模型應用于時裝設計，為相關設計從業(yè)者提供實用的參考。

1 樣本庫的建立

1.1 樣本搜集與篩選

《朝元圖》位于山西省運城市芮城縣永樂宮，從山西運城文旅官方處獲取到《朝元圖》高清圖像，圖像涵蓋了290位神仙的形象，且已由官方專業(yè)團隊修復過。為確保數(shù)據集的質量，盡可能選取色彩清晰、均勻的圖片作為樣本，合格圖片實例如圖1所示。對4位因后人修復而與其他神仙形象畫風不一致的神仙形象和因壁畫嚴重脫落變色而修復效果不好的26位神仙形象作剔除處理，剔除圖片實例如圖2所示。最終共保留260位神仙形象建立樣本庫，其中男性神仙238位，女性神仙22位。

1.2 圖像預處理

首先，為排除圖像背景及人體膚色對服飾色彩提取的影響，使用Adobe Photoshop去除背景、人體皮膚和器具等非服飾部分。其中，神仙手持的笏板屬于重要的服裝配飾，同時對《朝元圖》的服飾色彩搭配有關鍵的調和作用，因此予以保留。其次，將樣本圖像分割為260張服飾圖像后，為降低相機拍攝時光照不勻對圖像亮度的影響，調整部分較暗的圖像的明度，以盡可能還原真實的壁畫的色彩。最后，把背景換成純白色（Red： 0， Green： 0， Blue：0），以便于后續(xù)對背景色彩單獨聚類并剔除。

壁畫會因顏料層剝離脫落［13］而形成不均勻色塊和噪點，盡管《朝元圖》壁畫圖像已被專人修復過，但仍存在這種問題。為降低其對色彩提取結果的影響，對于大面積的脫落，使用Adobe Photoshop將相應部分去除，對于小面積的脫落，采用中值濾波算法［14］對圖像進行平滑降噪處理。中值濾波算法的原理是用一個奇數(shù)點的移動窗口，將窗口中心點的值用窗口內各點的中值代替，計算方法如式（1）所示：

y［n］=median（x［n-k］，…，x［n］，…，x［n+k］）（1）

式中：x是原始信號，y是濾波后的信號，n是當前位置，k 是窗口大小，median表示中值運算。

濾波窗口的大小與平滑去噪的強度呈正相關，但是窗口過大會導致過多細節(jié)丟失。經過實驗，當濾波窗口為5×5時，平滑降噪效果最佳。

2 色彩網絡模型構建

2.1 色彩節(jié)點建立

K-means算法作為一種高效準確的聚類算法，已經被廣泛應用于色彩提取?；贙-means算法對樣本進行色彩提取，分為對單幅圖像的一次聚類和對由單幅圖像構建的色卡的二次聚類。二次聚類后得到的各色RGB值即為色彩節(jié)點的RGB值，各色占比對應色彩節(jié)點半徑數(shù)值。

2.1.1 K-means聚類算法

使用K-means聚類算法［15］對《朝元圖》服飾色彩進行提取，具體步驟如下：

a）根據提取色彩的需求確定聚類中心數(shù)量k。

b）逐一計算每個像素點的色彩值到各個聚類中心的歐式距離，并將該像素點分配至最近的聚類中心。歐式距離計算公式如式（2）所示：

D=（r－ri）2+（g－gi）2+（b－bi）2（2）

式中：D為本次色彩聚類中心與上次色彩聚類中心的最大距離值，r、g、b分別為本次聚類中心的R、G、B值，ri、gi、bi分別為其他像素的R、G、B值。

c）計算該聚類中所有像素點的RGB值的均值，并不斷迭代直到標準測度函數(shù)開始收斂。標準測度函數(shù)采用均方差，均方差計算公式如式（3）所示：

=1n∑vi=1（xi-u）2（3）

式中：n為聚類中像素點的個數(shù)；v為該聚類中某個數(shù)據對象的維度；xi為聚類中某一個像素點；u是該聚類中所有像素點的算數(shù)平均值。當收斂效果達到前后兩次迭代計算出的數(shù)值相差小于1時，聚類結束。

為使提取的色彩更好地還原圖像本身，在選擇初始聚類中心時，要遵循“各聚類本身盡可能緊湊，各聚類之間盡可能分開”［16］的原則。初始聚類中心的選擇采用隨機選擇圖像上的任意一點的方式，然后通過計算距離的方式選取余下的聚類中心，確保各聚類之間保持最大距離。對于《朝元圖》而言，由于色彩豐富且主題色彩明確，選用RGB模式進行色彩提取。RGB模式適用于色相較少、色彩漸變豐富的圖像類型，可提取出差別較小的系列色，得到與指定色彩數(shù)相同的色彩數(shù)［17］。為確保提取的色彩符合需求，在選擇初始聚類中心時，遵循以上原則進行操作。

2.1.2 色彩聚類

道家崇尚五行學說，因此在神仙服飾上使用“五色”［18］。傳統(tǒng)的“五色”為青、赤、白、黑、黃，《朝元圖》服飾在沿襲五色觀的基礎上，增加了綠、褐等間色加以搭配調和。首先對單圖進行色彩聚類，獲得每幅圖的色卡?？紤]到存在色彩漸變和小面積的配飾裝飾色，還有背景色的影響，將一次聚類時的k值設為9，剔除背景色后共提取到8種顏色。部分服飾提取色彩構成的比例色卡如圖3所示，對樣本中的260張服飾圖像進行聚類可得到260張色卡。

二次聚類的對象是以上260張色卡。分別對由23wUzSM75dGNzeG0Suznnt+g==8張男性服飾圖像得到的色卡和22張女性服飾圖像得到的色卡進行二次聚類，得到《朝元圖》男、女服飾色彩色值和占比。考慮到樣本數(shù)量多，二次聚類時將k值設置為一次聚類時的2倍，即16。二次聚類可得到男、女服飾色彩各16種，及各色占總體像素點的百分比，由此構建的色彩網絡模型的節(jié)點大小反映的是各色的占比。

2.2 色彩節(jié)點關聯(lián)性確立

Apriori算法［19］作為一種經典的關聯(lián)規(guī)則挖掘算法，在色彩搭配關系的挖掘上的有效性也已經獲得了廣泛的驗證。使用Apriori關聯(lián)規(guī)則算法，根據不同顏色同時出現(xiàn)的概率自動提取色彩搭配規(guī)則。該算法在生成最終規(guī)則時以支持度（Support）和置信度（Confidence）作為衡量標準。對于關聯(lián)規(guī)則A→B，其支持度表示數(shù)據集D中包含項集A又包含項集B的概率，置信度則表示在數(shù)據集D中包含項集A的同時包含項集B的概率。min_Support表示最小支持度閾值，min_Confidence表示最小置信度閾值，當Support（ A→B ） >min_Support且當Confidence （ A→B ） >min_Confidence時，稱 A→B為強關聯(lián)規(guī)則。假設存在兩種顏色 cA，cB，cA和cB的色彩關聯(lián)規(guī)則cA→cB或cB→cA即為二者共現(xiàn)，稱為二元規(guī)則，依此類推，可得到三元規(guī)則、四元規(guī)則等。

由于一次聚類提取色彩數(shù)量為8，最多可得到八元色彩搭配規(guī)則。在色彩搭配規(guī)則提取中，將最小支持度設置為0.3，最小置信度設置為0.7，可得到男性服飾色彩搭配二元規(guī)則76條，三元規(guī)則221條，四元規(guī)則314條，五元規(guī)則166條，六元規(guī)則12條；女性服飾色彩搭配二元規(guī)則65條，三元規(guī)則314條，四元規(guī)則524條，五元規(guī)則312條，六元規(guī)則62條。

基于提取到的色彩和色彩搭配的二元規(guī)則構建色彩網絡模型，將提取到的各色占比作為色彩節(jié)點的半徑參數(shù)，二元關聯(lián)規(guī)則的支持度作為兩色彩節(jié)點之間連線粗細的參數(shù)。在最小支持度為0.3和最小置信度為0.7的情況下，男女服飾色彩網絡模型如圖4所示。色彩節(jié)點的大小體現(xiàn)了該顏色的占比，色彩節(jié)點連線的粗細體現(xiàn)了色彩搭配關聯(lián)程度的強弱。

3 色彩特征分析

3.1 色彩屬性分析

孟塞爾色彩體系實現(xiàn)了色相、明度、飽和度的三維標準，是一個成熟完備的色彩系統(tǒng)。色相基于R（紅）、Y（黃）、G （綠）、B（藍）、P（紫）5個主要顏色，并加入了YR（黃紅）、GY（黃綠）、BG（藍綠）、PB（藍紫）、RP（紅紫）5種間色，共10種色相［20］。常見的孟塞爾色環(huán)將這10種色相每種制成2.5、5.0、7.5、10數(shù)值的色卡，共40個色相［21］。明度分為9級，1～3級為低亮度，4～6級為中等亮度，7～9級為高亮度。

在孟塞爾色彩系統(tǒng)中，任何顏色都可用色相、明度和彩度3項坐標標定，標號用色相、明度/彩度表示。例如標號5BG6/4表示明度值為6，純度值為4的5號藍綠色。對于中性色，使用N表示，后標明度值V，不寫彩度，例如標號N5/表示明度值為5的灰色。通過孟塞爾色彩系統(tǒng)將提取到的男女服飾色彩共32種色彩分別進行標號和占比統(tǒng)計，見表1。

根據上表中的孟塞爾標號對男女服飾中提取的色彩分別進行孟塞爾色譜標注，圖5為男性服飾孟塞爾色譜，其中圖5（a）為孟塞爾色相環(huán)，可以體現(xiàn)提取到的色彩在40種色相上的分布情況。圖5（b）為孟塞爾色度圖，可以體現(xiàn)提取到的色彩的明度和彩度的分布情況。圖6為女性服飾孟塞爾色譜。

由圖5可知，《朝元圖》男性服飾的色彩從色相上來看，包括紅色系、黃紅色系、黃色系、黃綠色系、藍綠色系和無彩色系。對于彩色系，在明度上，色彩分布在3～8之間；在彩度上，分布在2～8之間。由圖6可知，《朝元圖》女性服飾的色彩從色相上來看，包括紅色系、黃紅色系、黃色系、黃綠色系、藍綠色系和無彩色系。對于彩色系，在明度上，色彩分布在2～8之間；在彩度上，分布在2～8之間。而《朝元圖》男女服飾中的無彩色系，都是明度小于2的深灰色。

綜上所述，《朝元圖》男女服飾的色彩屬性基本一致，都分為紅色系、黃紅色系、黃色系、黃綠色系、藍綠色系和無彩色系。色彩明度從低到高都有所體現(xiàn)，色彩飽和度處于低飽和度和中飽和度之間，不存在飽和度較高的顏色。紅色系和藍綠色系整體分布在中飽和度、中明度范圍內，而黃紅色系、黃色系和黃綠色系，都分布于低飽和度，且明度跨度大。兩者的孟塞爾色度圖整體上都呈直角位于左下角的直角三角形，表示在《朝元圖》服飾用色中，當彩度上升時明度有所下降，因此整體的色調比較沉穩(wěn)，此種用色規(guī)律為神仙的朝元場面營造出一種莊嚴寧靜的氛圍。

3.2 色彩調和方式分析

由圖4可知當最小支持度為0.3時，色彩13a、16a、09b和16b均沒有相應的二元搭配規(guī)則，而在前期的調研中發(fā)現(xiàn)這4種顏色在《朝元圖》的色彩調和中具有重要的作用。因此，在《朝元圖》男女服飾的色彩規(guī)則搭配提取中，將最小支持度調為0. 以盡可能獲得更為豐富的色彩搭配規(guī)則。孟塞爾色彩調和理論中色彩有7種調和方式：垂直調和、徑向調和、圓周調和、斜內面調和、斜橫內面調和、螺旋調和和橢圓調和［22］。列出色彩搭配規(guī)則部分結果及對應孟塞爾調和理論，見表2。

在表2中，R1和R2均為色相接近中性色的色彩之間的明暗對比調和，且支持度都較高；R3和R4都為黃色和藍綠色之間的色相對比調和，且沒有明度彩度變化；R5和R6都為紅色和藍綠色之間的色相對比調和，且在明度或彩度上有小的變化。

綜合大量色彩搭配規(guī)則進行色彩調和方式的分析可得出以下結論：《朝元圖》服飾色彩搭配具有鮮明的秩序性，主要分為紅黃色系與藍綠色系之間的冷暖色相對比調和，和帶有黃色或綠色色相的、接近中性色的色彩之間的明度對比調和，使得畫面莊嚴肅穆但不沉悶。

4 設計應用

4.1 款式設計

為驗證《朝元圖》服飾色彩在現(xiàn)代時裝設計中的可行性，設計了3套款式相對簡約的國風系列時尚瑜伽服，每套瑜伽服的款式包括背心、緊身褲、外套和短褲/遮擋裙，使用虛擬試衣軟件Style3D呈現(xiàn)款式設計，結果如圖7所示。

4.2 色彩應用方案

由上文分析可知《朝元圖》男女服飾色彩特征一致，而男性服飾色彩網絡模型中的色彩較為鮮亮，更符合瑜伽服青春活力的特質，故從中選擇色彩搭配規(guī)則運用在該系列設計中。同時，藍綠色系在《朝元圖》服飾色彩中占據重要地位，而09a是男性服飾藍綠色系中占比最多的顏色，因此選擇與09a相關的3條多元搭配規(guī)則用于設計。在Style3D中呈現(xiàn)最終的設計效果，色彩應用方案見表3。

在款式一的色彩規(guī)則中，03a與09a色相相近、明度不同、彩度相同，滿足垂直調和理論，可使得色彩效果溫和穩(wěn)定。首先將中心色09a作為主色并使用在套裝的視覺中心，將03a作為輔色，08a作為點綴色，再適當添加深灰色06a和接近中性色的1 得到初始方案。初始方案比較單調，為了豐富效果，調整部分用色為中性色，適當使用漸變和水墨紋理，得到最終效果。

在款式二和款式三的色彩規(guī)則中，14a和02a分別與09a色相互補、明度彩度均有小的變化，滿足斜內面調和理論，使得色彩效果生動?？钍蕉涂钍饺谏试O計中采用與款式一相同的設計思路。該系列款式雖為現(xiàn)代時裝款式，但由于應用了《朝元圖》服飾的傳統(tǒng)色彩和水墨紋理，而體現(xiàn)出一定的國風韻味。

4.3 效果評價

為從多角度驗證色彩應用方案的有效性，采用模糊綜合評價方法［23］對色彩應用方案進行評價。根據文獻［24］確定評價指標U=（u u u3）=（色彩豐富度，色彩協(xié)調度，色彩意象還原度）。采用五分量表法，V=（v1、v2、v3、v4、v5）=（優(yōu)秀、良好、一般、差、非常差）確定色彩應用方案的評價集。

邀請一位專家對每個指標的權重進行打分，確定權重系數(shù)為A=（0.3，0.3，0.4），由于評價指標u3色彩意象還原度能反映出色彩與《朝元圖》的關聯(lián)性，因此將這項指標賦予最高的權重，作為核心指標進行分析。

以100名藝術設計類專業(yè)的大學生為調查對象，通過問卷的形式獲得了各指標的評價數(shù)據，調查結果統(tǒng)計見表4。

由表4可獲得模糊綜合評價矩陣R。采用以下公式計算出色彩應用方案的綜合評價值B：

B=AR（4）

式中：A是權重系數(shù)，R是模糊綜合評價矩陣。代入數(shù)值計算出B=（0.186，0.597，0. 0.017，0）。綜合評價結果顯示，“優(yōu)秀”的隸屬度為0.186，“良好”為0.597，“一般”為0. “差”為0.017，“非常差”為0。根據最大隸屬度原則，該色彩應用方案為“良好”。

5 結語

本文對《朝元圖》男女服飾的色彩特征分別進行客觀性分析，在對圖像進行預處理之后，用K-means算法提取色彩，再用Apriori算法獲得二元和多元色彩搭配規(guī)則，構建色彩網絡模型以呈現(xiàn)二元色彩搭配情況。將提取到的色彩用孟塞爾色譜表示，通過分析孟塞爾色相環(huán)和孟塞爾色度圖中色彩分布情況，總結出男女服飾色彩的共性。研究結果表明：《朝元圖》男女服飾均分為紅色系、黃紅色系、黃色系、黃綠色系、藍綠色系和無彩色系，其中紅色系和藍綠色系整體分布在中飽和度、中明度范圍內，而黃紅色系、黃色系和黃綠色系都分布于低飽和度，且明度跨度大；在色彩調和方式上以冷暖對比、明暗對比為主。以此為基礎的瑜伽服系列設計能夠體現(xiàn)《朝元圖》服飾色彩意象，反映出中國傳統(tǒng)審美情趣。

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Color analysis and application of costumes in Chaoyuan Painting based on the network model

WANG Xiaotian， LIU  Wenbo， WANG Yuwei， LIU Feng

（College of Textile Engineering， Taiyuan University of Technology， Jinzhong 030600， China）

Abstract：

Chaoyuan Painting is a pinnacle of Taoist murals from the Yuan Dynasty， showcasing the beauty of traditional Chinese colors through its vivid and magnificent color usage. The unique and stylish colors of its costumes can provide rich inspiration for national fashion design. However， the current research on the color of costumes in Chaoyuan Painting lacks support from scientific theory. This study focuses on the costumes of 260 immortals in Chaoyuan Painting. Firstly， a sample library was established to extract color and matching rules， based on which a color network model was created. The Munsell color system was then used to analyze color features. Finally， the color network model was applied to the design process of yoga clothes by using virtual fitting software to present the design effects.

To obtain the node values and color proportions of the color network， a costume sample library of Chaoyuan Painting was established for color extraction. 260 high-quality images were selected from the 290 images of immortals in Chaoyuan Painting， of which the non-clothing parts were removed and noise elimination and texture smoothing were performed. Each costume image was clustered for the first time to obtain corresponding 8-color color board . Then the secondary clustering was applied to male and female costume images， and 16 colors for each gender and the color proportion information were acquired. To establish color network node connections， the Apriori algorithm was used to extract color-matching rules. Binary and multiple matching rules were extracted with a minimum support of 0.3 and a minimum confidence of 0.7. Finally， separate color network models for male and female costumes of Chaoyuan Painting were established based on the above results.

Based on the color network， the Munsell system was employed to analyze the color features of costumes in Chaoyuan Painting. Munsell labels were used to notate the extracted colors to objectively describe their color attributes. Male and female costume colors were then represented by Munsell color spectra， including Munsell hue and Munsell chroma. The results showed that the costumes of male and female immortals in Chaoyuan Painting were divided into red， yellow-red， yellow， yellow-green， blue-green， and achromatic color series. The red series and blue-green series were generally distributed in the medium saturation and medium lightness range， while the yellow-red， yellow， and yellow-green series were distributed in low saturation with a large lightness span. Finally， the costume color combination in Chaoyuan Painting was analyzed according to the Munsell's theory of color harmony， revealing a predominance of cool-warm and light-dark contrasts.

The color network model for male clothing was applied to the design of yoga clothes， and was presented by the virtual fitting software Style3D. Following the Munsell's theory of color harmony， three color-matching rules were chosen from the blue-green color with largest proportion. Colors were assigned to various designs to create preliminary plans， followed by adjustments in color area and texture to achieve final effects. At last， the fuzzy comprehensive evaluation method was used to evaluate the color application scheme which showed good results. This study provides theoretical support and case references for the objective analysis of costume colors in Chaoyuan Painting and their application in fashion design.

Keywords：

color network; K-means clustering algorithm; costumes in Chaoyuan Painting; Munsell color theory