基于色彩网络的数码喷绘印花香云纱旗袍色彩分析

陈希雅，赵崧灵，顾冰菲,1b,1c

(1.浙江理工大学, a.服装学院； b.浙江省服装工程技术研究中心; c.丝绸文化传承与产品设计数字化技术文化和旅游部重点实验室，杭州 310018; 2.东华大学服装艺术与设计学院，上海 200051)

随着“重振国学、振兴国学”的热潮，广大设计师们不断尝试在中国传统文化中寻找创新，将现代技术与传统工艺结合助力传承。香云纱由于其独特的制作工艺、面料特性，具有“软黄金”的美誉，成为近年来备受追捧的丝织物。香云纱具有独特的色彩风格，颜色是影响消费者决策的决定性因素之一，色彩搭配对视觉的冲击往往要先于其他要素。配色方案不仅能表达产品风格和设计内容的独特性，同时也能传达一定的美学和文化价值[1]。因此，符合大众消费者心理的配色方案能够在一定程度上刺激消费者的购买欲望，这在服装设计领域是至关重要的。

目前常见的配色分析研究可以分为3个类型[2]。一是基于案例分析再创作的色彩搭配分析，即对特定的对象进行颜色提取，将提取结果按一定规则对目标样式进行自动填充，大多使用K-means聚类算法进行研究。刘肖健等[3]利用该算法研究中国传统纹样的色彩使用情况，绘制配色网络图，并以此为参考自动生成配色方案。曹愉静[4]使用该算法对苗绣的色彩搭配规律进行了研究，并基于建立的色彩网络设计了随机配色填充模式。张旻爽[5]对该聚类算法进行了改进，研究了蜂鸟羽毛的色彩搭配规律，将其规律用于真丝织锦纹样的开发与实践。也有学者使用其他算法来进行色彩的提取与分析，Le等[6]基于RGB颜色空间利用中值滤波算法对图像进行去噪处理，然后利用Mean-shift聚类算法对中国传统服饰云肩的颜色进行提取与分析，得到了较好的效果。Huang等[7]利用基于密度的DBSCA颜色聚类算法研究了传统风格绘画的色彩规律，实现了水彩画和铅笔素描画的自动生成。二是基于色彩和谐理论的色彩搭配分析，重点在于色彩和谐度的计算模型建立，从视觉理论和美学角度评估色彩搭配方案的合理性。较为常见的色彩和谐理论有中国的五色和谐理论，西方的孟塞尔色彩和谐理论和自然色彩系统(NCS)模型等。钟蔚[8]和吴兴玺[9]基于五色理论分别对汉绣和敦煌石窟壁画建筑的配色进行了分析。Masataka等[10]基于孟塞尔色彩和谐理论建立了一个可以自动选择与输入颜色相匹配颜色的色彩设计系统。赵海英等[11]利用自然色体系对提取出来的苗族服饰的色彩搭配规则进行编谱分析。由于这些色彩理论的适用范围有局限性，有学者基于自身研究提出了新的色彩和谐度计算理论。Yang等[12]提出了一种基于颜色对的估计模型，用来识别颜色主题或颜色集的和谐程度。Li等[13]基于实验提出了一种可以用于计算双色组合的色彩和谐理论。三是基于人对色彩感性认知的色彩搭配分析，依据人们对色彩搭配的心理感知状况，从语义因子分析[14]和意象表达[15]两方面将颜色与特定感受相关联，利用配色方案达到特定的心理刺激效果，目前被广泛运用于各个领域的色彩搭配方案研究。刘炯宙等[16]和陈鹏等[17]使用因子分析的方法提取色彩语义词，将颜色与特定的语义词汇相连接，利用色彩语义词为产品进行配色方案的设计。

近年来对香云纱配色风格分析的研究较少，且多局限于对色彩的主观描述，一定程度上对香云纱色彩分析缺少客观性。本研究将以香云纱织物中常见的旗袍款式为实验对象，基于图片结合八叉树颜色量化及K-means聚类提取香云纱旗袍的色彩特征信息，并进一步分析其色彩搭配以得到相应的配色网络模型，在一定程度上为服装服饰等产品的创意应用及配色多样化设计方面提供一定的理论支持。

1 实验对象

1.1 香云纱工艺及色彩概述

传统香云纱色彩独特但制作工序繁复，需要耗费大量时间与人力。传统香云纱是在薯莨汁浸染后再经阳光曝晒形成正反两面深浅各异的棕褐色，在经“过泥”处理后纱绸则呈现出一面黑色、一面棕色的色彩特征。受织物结构及天气变化的影响，织物光泽及色彩也会产深浅不一的变化，使得香云纱形成了独一无二的天然美感。不同香云纱面料的黑度和光泽会有差异，背面的棕色也会产生色相和饱和度上的变化。传统香云纱面料有时还会产生龟裂的“冰裂纹”“树纹”等肌理，呈现出一种自然、神秘的风格特征。这种特殊的纹理和服用性能的形成源于香云纱的染整加工工艺，即使用传统手工方法对面料成品进行染色涂层后期处理。但利用传统制作工艺产出的香云纱色彩仅限于某黑、棕几类色彩中，色彩种类过少使得客户群体数量一定程度上被限制。

在政府的大力支持下，香云纱在坯源使用、色彩纹样设计以及产品线等方面不断进行改革创新[18]。丰富传统香云纱织物色彩的方法主要可通过染色剂或是使用印花工艺。在印染时加入不同染料可改变原有色调，或通过分离薯莨显色因子降低其自身对织物颜色影响[19]。通过印花工艺改变色彩主要方式有两种，其主要区别在于晒莨工序及印花工序先后顺序的不同，相较而言，先印花的织物整体色彩更带有一种薯莨汁的红棕色调，而后印花的香云纱织物在生产中更容易控制成品的质量，在色彩变化上更为丰富[18]。现代技术的使用在保留香云纱传统风格的同时极大地扩展了香云纱织物的色彩谱系，其独特的印染工艺使香云纱的风格独树一帜，一定程度上满足了消费者创新求变的消费心理，促进了香云纱的多样化发展。由于数码喷绘颜色种类较多、色彩搭配较为多样、印花效果更为清晰，同时在实验时考虑了颜色使用数量以及颜色效果体现两个因素，因此本文以数码喷绘印花香云纱旗袍为研究对象。

1.2 数码喷绘香云纱旗袍图片数据库建立

本文选择浙江某丝绸公司历年销售量较好的产品进行图片拍摄，与网络平台销量较好的其他商家进行综合对比，最终建立了包含205张、7个款式的数码喷绘印花香云纱旗袍产品图片数据库。图片在纯白背景、LED光源、水平距离3 m的条件下，选择SONY ILCE-6000数码相机进行拍摄，并使用18°中性灰卡进行色偏校正。7个款式的特征信息如 表1 所示。同时为了剔除其他参数对印花香云纱旗袍面料色彩搭配规律的影响，提高结果精确度，利用图像处理软件去除多余部分，仅保留旗袍的面料部分，如图1所示。该数据库中，印花的图纹样式以自然景观的二次创作为主，例如花鸟和山水，少部分纹样是结合了现代几何元素的抽象创作。

表1 印花香云纱旗袍款式特征信息Tab.1 Style characteristic information of printed cheongsams made of gambiered Canton gauze

图1 数码喷绘印花香云纱旗袍款式Fig.1 Styles of gambiered Canton gauze cheongsams made by digital printing

1.3 图像处理

在进行色彩提取前，本研究利用双边滤波算法[20]进行图像噪声去除，并利用基于总变差模型的结构提取算法[21]进行图像纹理平滑。由于服装产品图片受拍摄环境因素的影响较大，且含有织物特征的噪声干扰，为了增加滤波去噪的范围，将双边滤波的窗口大小设置为常用的5×5。以顺纡绉香云纱面料为例(见图2)，通过对比实验发现，当基于空间距离的高斯权重σd=3、基于像素间相似程度的高斯权重σr=0.1时，可以得到较好的滤波效果(见图3)，能够较为清晰地保留图案边缘，同时可以区分不同颜色的区块。然后再利用基于总变差模型的结构提取算法进行纹理平滑。通过对比实验发现，当平滑程度系数λ=0.005、空间尺度参数σ=1时，可以得到边缘清晰且没有明显纹理的图片(见图4)，保留了少量的渐变色和点缀色，平滑效果较好。

图2 参数实验样本Fig.2 Parameter sample

图3 σd=3，σr=0.1时噪声去除效果Fig.3 The noise removal effect when σd=3 and σr=0.1

图4 λ=0.005，σ=1时纹理平滑效果Fig.4 The texture smoothing effect when λ=0.005 and σ=1

2 色彩提取

2.1 算法对比

本研究基于颜色量化的原理进行色彩提取，八叉树量化算法和K-means聚类算法是使用较为广泛的两种算法。由于香云纱旗袍颜色种类多而杂，多使用渐变色和点缀色，同时因为八叉树量化算法有一定可能得到少于设定参数的提取结果，将聚类数目分别设置为5～17进行K-means聚类算法的提取结果对比实验，结果如表2所示。其中色差变量是使用CIE2000色差计算公式计算处理后图片与原图的色差数值。当提取数量设定为15时，可以提取出占比较小的颜色如红色、蓝色与白色，并且可以提取出较为合适数量的渐变色如棕色背景色及其相近色。因此将聚类中心数目定为15，即单张图片提取15个代表色。

表2 不同聚类中心的K-means聚类算法提取结果示意Tab.2 Schematic diagram of K-means clustering algorithm extraction results for different clustering centers

以单张香云纱旗袍产品图片(见图5)的色彩提取为例，对比两个算法的提取结果，如表3所示。八叉树算法时间消耗少，可以提取出部分渐变色以及占比较小的突出颜色，因此采用该算法提取单张香云纱旗袍的特征色，并将设定单张图片色彩提取上限为15个代表色；K-means聚类算法可以控制得到的颜色数量，能够较好地识别渐变色等细微的差别，因此采用该算法提取多张香云纱旗袍图片的代表色。

表3 利用不同算法提取15个代表色的效果对比Tab.3 Comparison the effects of 15 representative colors extracted with different algorithms

图5 颜色提取对比实验样本Fig.5 Comparative experimental sample of color extraction

2.2 数码喷绘印花香云纱旗袍代表色提取

2.2.1 单张数码喷绘印花香云纱旗袍图片的提取结果

色彩可以从不同的角度进行划分，最基础的功能划分是主色、副色和点缀色，并且在使用时没有绝对的固定标准[22]。本研究基于HSV颜色空间进行色彩提取，使用的主色判断依据有两点：a)占比面积最大；b)多种颜色占比面积相差小于1%时，饱和度(S变量的值)更高的颜色为主色。将主色之外的颜色归为辅色。基于经过处理后的图片，利用八叉树量化算法提取单张香云纱旗袍图片的N个代表色(N≤15)，并将代表色分为1个主色和N-1个辅色。205张香云纱旗袍图片共提取出2 739个代表色，包括205个主色和2 534个辅色。

2.2.2 多张数码喷绘印花香云纱旗袍图片的提取结果

将单张图片提取出的代表色、主色和辅色分别填充在透明图像中，得到香云纱旗袍的色彩使用情况。基于单张图像的色彩提取结果，利用K-means聚类算法提取多张香云纱旗袍图像的总体特征色彩，包括20个整体代表色、10个主色代表色、20个辅色代表色，结果如表4所示。

表4 多张数码喷绘印花香云纱旗袍图片的色彩提取结果Tab.4 Color extraction results of pictures of multiple gambiered Canton gauze cheongsams made by digital printing

2.2.3 提取结果分析

基于HSV颜色空间的3个分量，将色调分为6个级别，每隔60°为一个级别，亮度和饱和度分别分为3个级别，每隔33%为一个级别，共被分为54个部分。将三类代表色根据分级标准划分，结果如 表5 所示。由表5可以看出，香云纱旗袍在面料制作工艺的影响下红、黄色系色彩最为常用，红色系在主色中占50%；在得到的辅色色彩中，除红色系外，黄色系、蓝色系以及青色系也占据了一定的比重，印花香云纱在用色上已经逐渐丰富，不仅局限于自然生成的传统色彩。印花香云纱旗袍色彩的明度及饱和度都主要集中于中、低数值模块，香云纱制作需要经过多次晒莨、过泥等工序的处理，使得色彩整体偏向于暗沉，但同时也形成了香云纱沉稳典雅的独特风格。但是从分析结果看，也有少数数码喷绘印花香云纱旗袍使用其他色调、高明度、高饱和度的颜色，说明现在的设计师正在积极尝试突破这种局限性，以新的方式、新的风格制作香云纱旗袍，试图在保留传统香云纱面料独特韵味的基础上结合创新性的色彩搭配，使得香云纱旗袍呈现出沉稳又不缺失活力的基调。

表5 代表色的色彩构成分布情况Tab.5 The color composition distribution of the representative colors

3 色彩搭配分析

3.1 搭配规则建立

将单张香云纱旗袍图片提取的205个主色和 2 534 个辅色替换成与10个主色代表色和20个辅色代表色对应的聚类中心颜色，忽略占比小于1%的766个辅色，最终得到205个主色和1 428个辅色。

基于替换结果，利用Apriori关联规则算法依据不同颜色同时出现的概率大小自动提取色彩之间的搭配规则。以主色1A与辅色之间的色彩搭配规则提取为例，将最小支持度设置为0.50，最小置信度设置为0.65，得到33条色彩搭配规则。部分规则如表6所示。在表6中，规则Rule7：13m→2b,6f，代表辅色13m、辅色2b以及辅色6f同时出现的概率极高。并且可以发现，部分规则呈现的色彩搭配信息有一定的重复性，需要进行筛选。例如Rule1：13m→6f和Rule2：6f→13m，虽然两者的置信度不同，但是都表示在香云纱旗袍中代表色13m和代表色6f同时出现的概率较高，是一组常用的色彩搭配。合并重复规则后，得到13条色彩搭配规则，其中包含9条双色搭配规则和4条三色搭配规则。

表6 主色1A与辅色之间的部分规则Tab.6 Partial rules between primary color 1A and secondary color

为了得到单个主色与辅色之间的色彩搭配规则，分别对10个主色的配色规则进行探索。根据每个主色类别的香云纱旗袍图片样本量不同，调整最小支持度得到较为合适的色彩搭配规则，最小置信度设置为0.65。提取结果如表7所示，共得到86条色彩搭配规则，包含68条双色搭配规则和18条3色搭配规则。

表7 单个主色与辅色之间的色彩搭配规则Tab.7 Color collocation rules between single primary color and secondary color

同时提取辅色与辅色之间的色彩搭配规则。由于香云纱旗袍的使用数量较为繁复，配色方式多样，为了得到较为全面的搭配规则，包含较多的颜色种类，将最小支持度设置为0.15，最小置信度设置为0.65，得到107条规则。合并部分规则后，共得到66条色彩搭配规则，包含30条双色搭配规则、35条三色搭配规则，以及1条四色搭配规则。

3.2 配色网络图的建立

基于提取得到的色彩搭配规则，建立相应的配色网络[23]。中心的圆形代表主色的颜色样本，每一个圆形节点代表一种辅色，圆形节点的大小代表该辅色的面积占比，节点之间的连线代表两种辅色有一定概率作为搭配色彩同时出现，连线的粗细代表同时出现的概率大小。由于样本量不同，主色与辅色之间的配色网络图不展示辅色的占比关系(见 图6)，辅色与辅色之间的配色网络图采用不同直径的圆形节点代表不同辅色的面积占比(见图7)。

图6 主色1A与辅色之间的配色网络Fig.6 Color matching network between primary color 1A and secondary color

图7 辅色与辅色之间的配色网络Fig.7 Color matching network between secondary colors

3.3 配色分析

基于常用配色方式，对提取出来的配色规则进行分类整理，便于后续的使用与量化分析。目前被广泛认可并使用的配色方式是基于色相环的同类色搭配、类似色搭配、对比色搭配和互补色搭配，如表8所示。在HSV颜色空间中，色相环上距离范围即两种颜色的色调分量的数值差异。

表8 配色方式判断标准Tab.8 Criteria for judging color scheme

在主色与辅色之间的色彩搭配规则中，由于该类别样本量较少，主要从色系方面进行分析，如表9所示。在4个色系中，红色系主色仅使用同类色的配色方式，并主要使用红、黄色系的颜色作为配色；青色系主色主要使用对比色的配色方式，较多使用类似色的配色方式，主要使用蓝、青色系的颜色作为配色；紫色系主色主要使用同类色的配色方式，较多使用类似色的配色方式，主要使用红、黄、蓝、青色系的颜色作为配色；黄色系主色主要使用同类色的配色方式，并主要使用红、紫色系的颜色作为配色。

表9 单个主色与辅色之间搭配规则的配色方式情况Tab.9 Color scheme of matching rules between single main colors and secondary colors

在辅色与辅色之间的搭配规则中，一共提取出66条规则，其中同类色的搭配方式占比90.91%，类似色的搭配方式占比10.61%，对比色的搭配方式占比1.51%。在色系方面，一共包含了6种色系搭配方案，红色系占比53.03%，黄色系占比3.03%，红-黄色系占比28.79%，红-蓝色系占比7.58%，红-紫色系占比3.03%，蓝-紫色系占比4.55%。同类色搭配中，主要使用红色系和红-黄色系，少量使用蓝色系和紫色系的颜色；类似色搭配中，主要使用红色系、蓝色系和紫色系的颜色，搭配方式比较多样；较少使用对比色搭配。香云纱旗袍在辅色的运用上，主要使用红色系和黄色系为主，较少使用蓝色系和紫色系的颜色，在色彩搭配上，主要使用红色单色系和红-黄色系为主，较少使用红色系与蓝色系、紫色系的搭配。

综合以上分析可以发现，在数码喷绘印花香云纱旗袍中，同类色的搭配方式最为常见，所有类别的搭配规则中都包含该种配色方式，较常使用类似色的配色方式，对比配色使用较少。使用颜色以红色系、黄色系、蓝色系为主，同时也会使用绿色系和紫色系的颜色，较少使用青色系的颜色。色系搭配方式以红色系、红-黄色系为主，较常使用红-蓝色系、蓝-紫色系。

3.4 香云纱色彩应用展望

虽传统香云纱织物色彩较为暗沉单一，但这也是其所独具的无法复刻的风格。为在传承香云纱文化的同时也可以满足现代生活下的审美需求，数码喷绘印花香云纱旗袍面料已在颜色使用和色彩搭配两方面有所突破，颜色数量增多、色彩搭配更为自由，同时也加入了高明度、高饱和度的颜色。配色规律的研究可以为后续香云纱旗袍或其他相关产品的搭配设计提供一定的参考。

也可从装饰工艺角度对香云纱织物进行二次创新设计，通过不同的表现方式提高香云纱服装的色彩展示效果[24-26]。如进行面料重组或改造，利用抽褶、折叠、拼接等方法对面料进行处理与定型，使面料产生新的肌理效果或不同的色彩搭配效果；也可利用工艺手法中绘、刺绣、贴、绣、热压等方式对香云纱面料的肌理与颜色进行改变。在结构上可对服装的领口、肩部、门襟等部位进行局部装饰。在色彩选择中，可结合本研究数码喷绘印花香云纱旗袍的色彩规律，利用不同色系的颜色可以衬托出香云纱面料和服装部件的层次感。同类色可以营造服装层次多样丰富的神秘感，例如辅色1a和13m的搭配；类似色可以营造出服装丰富的色彩渐变与层次感，例如辅色14n和17q；对比色可以形成鲜明的对比，例如辅色4d和9i[19]。

此外，还可将香云纱色彩规律应用迁移至其他设计产品，如箱包、配饰或文创类产品中。香云纱配色中带有稳重、古朴、典雅的风格，可为用户提供一种设计方案，为偏爱此类风格的消费者提供设计参考，即便没有设计基础也能高效地设计出满意的产品，使设计既可以创新求变也不会脱离传统内涵。

4 结 论

本文利用八叉树量化算法、K-means聚类算法以及Apriori关联规则算法，基于客观指标提取了205张数码喷绘印花香云纱旗袍图片的色彩用以分析香云纱旗袍主要的色彩特征以及色彩搭配规律。最终得到主色与辅色之间的86条色彩搭配规则，辅色与辅色之间的66条色彩搭配规则以及1条四色搭配规则，并基于此构建了相应的配色网络模型。结果显示，在数码喷绘印花香云纱旗袍在面料制作工艺的影响下红、黄色系色彩最为常用，同时也会使用蓝、绿、紫等冷色系色彩，较少使用青色系色彩。同类色的搭配方式最为常见，较常使用类似色的配色方式，较少使用对比色的配色方式。色系搭配方式以红色系、红-黄色系为主，较常使用红-蓝色系、蓝-紫色系，偶尔使用黄-绿色系等较为鲜艳的颜色搭配。研究结果可为相关产品纹样或整体色彩搭配的多样化设计提供一定的理论支持。

由于本次实验只提取了数码喷绘印花香云纱旗袍的颜色信息，在后续研究中将会考虑不同工艺对色彩体现的影响差异，加入图片的纹样信息，利用实验等方法探究实际应用与设计之间产生差异的规律，并将差异规律与色彩规律相结合，进行深入研究。同时通过多种算法的或新算法提取出更具针对性的色彩搭配规则与设计方案，并根据提取结果对配色体系进行系统完善，以期实现基于色彩迁移原理的快速配色系统，或引入语义分析识别等技术，根据消费者的需求为其推荐更为合适的搭配方式，实现个性化服务以及配色智能设计。