基于K-MEANS聚类分析法的杨家埠木版年画色彩数字化研究

关键词：K-means聚类分析法；杨家埠木版年画；色彩数字化；色彩量化；色彩设计；文创设计；意象感知

中图分类号：J52 文献标识码：A

文章编号：1003-0069（2024）24-0067-05

一、杨家埠年画与研究现状

（一）杨家埠年画

杨家埠木版年画是中国民间艺术，与桃花坞木版年画，天津杨柳青年画，四川绵竹年画，朱仙镇木版年画，佛山年画并称为中国年画六大产地。2006年，杨家埠木版年画经国务院批准列入第一批国家级非物质文化遗产名录。

（二）研究概述

在数字化时代的影响下，杨家埠木版年画的色彩语义需要借助数字技术手段构建色彩数据库，实现数字化保护与采集。通过对色彩进行量化分析，揭示其文化特征，为传承和保护杨家埠木版年画提供帮助。

在对色彩进行量化分析方面已有大量相关实践，高明伟[2] 分析了各个年代杨家埠木版年画的色彩特点并给出了总结。蔡言惠[3] 从色彩语言着手，分析了杨家埠木版年画的色彩特征、色彩运用规律，并分析了色彩背后的人文精神与文化内涵。常虹[4] 采用色彩直方图和k-means 聚类分析两种计算方法，对农民画的色彩进行了分析。陈思燕[5] 在传统K-means算法的基础上进行了改进，对188张云肩图像进行了色彩特征提取。吴勘[6] 运用经过优化的K-means聚类算法，成功提取归纳了帛画的特征色彩，并制作了相应的帛画标准色卡。陈登凯[7] 对传统布老虎形象的典型色彩语言和文化特征进行了综合总结与归纳，并提炼出了民间布老虎色彩搭配规律，进而形成了一份可视化的配色图谱。该研究成果为未来民间布老虎形象的相关设计创作与开发提供了重要的参考价值。卢建洲[8] 以宋代钧瓷色彩为依据，将其应用于神垕古镇的视觉设计中，以呈现出独特的艺术风格和文化内涵。为非遗赋新传承提供了有益的视觉设计参考和理论基础。

通过各种方法与途径的色彩量化研究，上述学者们揭示了杨家埠年画以及各类民间艺术的色彩特征，并给出了多种研究路径。这些研究方法提高了对民间艺术色彩运用的认识，也为保护和传承工作奠定了基础。为非遗赋新、文创产品的设计转化提供了设计的方法参考、案例参考与理论支持。

二、色彩分析方法与研究路径

（一）K-means 聚类分析法

上述研究中K-means 聚类方法适用于批量图片的色彩处理，是一种迭代求解的聚类分析算法。属于以数据间距离的远近为原则进行分组的划分法，从数据集中随机选取 k个点作为初始聚类中心，计算数据集中每个点到初始聚类中心的欧式距离并作为相似度评判标准，将样本点分配给相似度最大的聚类中心所代表的类簇。根据数据集与聚类中心的相似度，不断更新聚类中心的位置，直至聚类中心不再变化。最终得到提前预订的提取数的颜色及颜色占比。

杨家埠年画其色彩并非对现实世界的直接复制，用色不局限于固有色与光的颜色。画面中也没有出现杨柳青木版年画那种渐变式的细致用色。结合已有的研究样本与前人的研究经验，相比于其他的色彩量化方法。杨家埠年画的画面特征在使用K-means 聚类进行色彩量化时可以获得较为准确的分析结果。

（二）研究样本选取

此次研究中使用的版画样本为杨洛书先生的作品。杨洛书先生是国家级非物质文化遗产项目杨家埠木版年画的代表性传承人，故采用杨洛书先生的作品作为分析样本进行研究。《中国潍坊杨家埠三国版画》所包含的年画样本共110份，全部以人物为主题。均为使用传统木版年画印制工艺制作的原件而非复印件或网络图片，以确保色彩分析和色彩比例的准确性。

杨家埠年画存在多种不同的配色方式，将现有样本中的年画根据不同的配色方案进行分类以便于分析：A类最多样本量最大共98份，

配色为：大红、黄色、蓝色、紫色、灰黑色、白色；B类9份，B类的配色是将A 类中的紫色替换为品红色：大红、黄色、蓝色、品红色、灰黑色、白色；C类3份：大红、黄色、蓝色、灰黑色、白色。

A类作品中存在一些占比极小的特例，作者在印制过程中使用黄色与蓝色叠印产生了小面积的绿色。但整体的颜色使用依然是A 类年画的色彩搭配与色彩特征，如表1。

（三）研究路径与流程分析（图1）

颜色分析的样本由相机拍摄，采集到样本用于颜色分析。最终准确的色值则使用色差仪测定。

由于K-means聚类算法的特点，颜色区分越明快则其分析结果越可信。当色相、明度过于类似时，颜色会有概率被计算为同一个颜色。例如比较重的蓝色与灰黑色。所以在分析色彩占比前会通过Photoshop 对图片进行处理，对色彩的区别进行增强，以确保色彩占比分析时不会被混淆。而正因如此，需要使用色差仪对物理样本进行取色以获取正确的色值。

色彩分析使用的是基于K-means聚类算法的image colorsummarizer的本地版本，本地版本可以进行大批量分析，软件没有UI 需要借助命令提示符使用。在使用色彩聚类分析前，按照年画中色彩数量将年画分组。并在根目录etc 下的colorsummarizer.conf中设置cluster 数值，此数值与分析样本所包含的色彩种类数量相同。

image color summarizer最终输出到文本文件中的分析数据分别为：文件名、cluster及其编号、色彩占比数值f 和RGB、HEX、HSV、LAB等色彩空间的色彩编码，以及可供参考的英文色彩名称与色差值Δ。

最终输出的文本文件不便于阅读与整理，得出的分析结果可以使用Python 对数据进行整理并转化为csv 文件，以便于后续的梳理、分析、可视化。参考分析数据使用Adobe illustrator 创建色卡，并在色卡中标注HEX 色彩编码与色彩的推荐占比。在色卡中会有去除包括灰黑色、白色的不同版本。整理出的色卡是可以指导设计实践的基石，是构筑色彩元素相关性与色彩意象一致性的护城河，另一方面也是将其作为检验设计转化作品色彩相关性的依据。如果设计实践的色彩分析结果与原作色彩分析的参考数据差距过大。则需要重新对设计中的颜色搭配进行改进，直到两者在分析结果层面相拟合。

三、色彩分析结果

（一）色彩分析数据与色彩特征（图2 ～ 4）

1. 大部分杨家埠年画的画面均为三原色外加一个间色。

在所有样本中的色彩搭配里最常出现的配色为98 份的A 类。A类版画的平均着色面积约为画面总面积的40%，空白占比60%，灰黑色在各类中占比约为10%。B 类是在A 类基础上将紫色替换为品红色，C 类则是将紫色剔除而来。A 类中占比最少的色彩是紫色，占比最多的是蓝色。A 类与B 类中红色占比基本相同。B 类中品红色虽然替换了紫色，但是品红色占比要高于紫色，是B 类中去除黑色与白色后占比最高的颜色。

从色相构成分析来分析，红、黄、蓝三原色色环上无法再进行分解的3 种基本颜色，能够产生强烈的颜色冲击，表现出最强烈的色彩氛围。在杨家埠木版年画的颜色配置中，从样本中占比较小的紫色与极少出现的由黄蓝叠色产生的绿色可以看出年画艺人们较少使用调和颜色。

2. 杨家埠年画中的中性色主要为装饰性的黑色墨线和留白。

黑色的墨线主要为勾勒角色形象的线稿、文字、边框，对杨家埠年画画面中强烈的色彩进行了分割并赋予了其节奏，黑色墨线在画面中的占比大约在10%。而占比达到60% 的留白在一定程度上平衡了画面的色彩对比关系，并使得画面疏密有当，颜色和谐统一。

3. 占比最大的A 类杨家埠年画样本中，冷暖色调是平衡的。

画面中的冷色为蓝色与紫色，暖色为黄色与红色，在画面占比中冷暖各占一半。按照传统的说法，杨家埠木版年画包括4 个基本的色彩分类：硬色、软色、阴色和阳色。硬色指的是颜料中掺粉少或不含粉质的浓重颜色，例如红色、深蓝色、深绿色和黑色等。相反地，软色是指颜料中含有粉质的浅淡颜色，如粉红色、粉蓝色等。在杨家埠年画中将冷色调称为阴色，而将暖色调称为阳色，杨家埠木版年画中的色彩在冷暖上是平衡的。而B 类年画相比A 类软色占比更多一些。

4. 上文的分析结果和“红主新，黄主淡，绿色大了不好看”等民间美术设色口诀相吻合。

个别样本存在将蓝色与黄色叠印产生的绿色，包含绿色的样本占总数样本的2%。在携带绿色的样本中，绿色也仅占其所在年画的总面积中的3%。杨家埠木版年画经过长期的演化和发展，逐渐形成了比较固定的色彩口诀用于辅助创作，从分析结果来看，“红主新，黄主淡，绿色大了不好看”等传统口诀直到今天依然在指导着年画的创作。

5. 杨家埠木版年画的饱和度整体呈现较高的水平。

HSV 色彩空间是一种基于三维圆柱坐标系的颜色表示方法，提供了包含色相、饱和度和明度的参考数据。从饱和度的角度来讲，品红色饱和度数值S 为55，其他提取到的紫色、红色、黄色、蓝色，其饱和度数值S 均在70-75 这个区间。样本中的杨家埠木版年画A 类、C 类的主要用色的饱和度差别并不显著。

总而言之，杨家埠木版年画通过简单而明亮的色彩搭配，以及对冷暖色调的平衡运用，创造出了独特的色彩氛围。中性色的运用和饱和度的控制使得画面更加丰富和谐。这些色彩的运用不仅符合传统的设色口诀，而且经过长期的演化和发展，这些口诀依然是指导年画创作的重要准则，如表2。

（二）制作色卡

根据上文提到的配色分类与分析数据，使用Adobe illustrator制作色卡。色卡分为3 组，每个颜色均提供了对应颜色所占的比例与HEX 色彩代码， HEX 颜色也称为十六进制颜色值，是一种在网页设计中使用的颜色编码方式，是Adobe illustrator、Photoshop、Cinema4D等常用设计软件中可直接输入的色彩代码。色卡自上而下为A、B、C类杨家埠木版年画的色卡，除了色号也提供了各个颜色的推荐占比。

同时在上文分析数据中也提供了包含RGB、CMYK、HSV色值的表格以进行参考，便于在设计过程中无法使用HEX 色彩编码时提供给色彩参考。通过对色彩的数字化整理，已经可快速匹配和重现特定的色彩，以提高设计效率和作品的一致性。在多媒介的创作和传播过程中，色彩分析确保色彩的准确传达。

精确分析年画中的色彩运用，能够区分不同地区年画的艺术风格和色彩习惯，确保年画与文创产品设计在色彩上的一致性。这些数字化的色彩信息，不仅仅可以用于协助设计，另一方面能够为将来的研究和教育工作提供参考资料，如图5。

四、基于色彩分析的文创产品设计

1. 基于色彩分析的文创设计色彩选定

色彩的选定是文创产品设计前期非常关键的一步，这并不是对已有色卡的机械运用，而应该根据设计进程匹配合适的色彩。在文化创意产品的设计过程中，设计师常采用两种主要方法。首先是全新设计，即从零开始构思并实现一个全新的设计概念。在全新设计中，设计师有更大的自由度来选择色彩。可以直接参考现有的色卡，直接选择符合经过色彩分析的色彩与色彩配比。其次是设计改造，这涉及对现有物料的再设计，以赋予其新的色彩意象和内在联系。相比之下，设计改造需要在色彩的使用上要有更多的考量。因为需要考虑到物料固有色的影响，设计师在用色方案上必须更加谨慎。

色彩分析是设计改造过程中的一个关键步骤。必须对现有物料的固有色进行详细分析，才能确保所选色彩能够和谐地融合在一起。这一过程不仅涉及色彩的视觉效果，还会影响色彩内在的相关性。同时，选择与设计色卡颜色相同或相近的物料，是确保设计连贯性和文化表达一致性的有效方法。这种方法论不仅简化了设计过程，还有助于强化设计的整体视觉效果。

此外，白色是杨家埠木版年画的色彩组成中最重要的部分，因此在设计过程中不应被忽视。白色是色彩配比中占比最大的部分，在视觉效果中起着关键作用。设计师应在设计方案中合理分配白色的面积，而不应该完全舍弃。

2. 基于色彩分析的文创产品设计方案设置

平面设计其包含5 个基本的设计元素：图形元素、标志元素、文字元素、点线面元素、色彩元素。在各种各样的视觉设计中，基本是以平面设计中包含5 个基本的设计元素为基础进行取舍替换。

色彩元素在设计的视觉效果中扮演着至关重要的角色。色彩通过其独特的视觉效果和情感联结，能够引起观众的共鸣和情感共振。在文创产品设计中，通过精确把控色彩元素的“造型”，即色彩的选择、搭配和运用方式，可以实现文创产品在视觉上的一致性和与目标受众的情感连接。

在素描作品中，我们通常专注于造型。并以此评判一张画或者一件雕塑的造型的“像”与“不像”。色彩更是造型中的一部分，同时也是画面中的“神”。色彩占比的相似性可以建立两件作品在视觉效果上的一致性。这种一致性可能意味着两件作品在色彩构成和视觉冲击上产生了相似的“造型”。即使绘画和雕塑这些不相同的艺术形式，也可以通过类似的色彩比例来传达相似的主题。

文创设计作品中的色彩元素如果完全继承了杨家埠木版年画的色彩比例，那么其基本的色彩意象必定与杨家埠年画产生联系。在此设计思路中，通过精确把控色彩元素的“造型”来把控文创产品在视觉上的一致性。所以在设计中，可以尽量以色彩元素为基础，使用简单的设计，避免过多使用复杂的纹样。

图6是基于上述思路制作的七巧板玩具，使用量化色卡将颜色按比例赋予每一块拼图颜色，即可获得一件简洁且具有色彩意象关联的设计作品，在色彩意象上是独属于杨家埠的。也可以根据此思路进行更加广泛的设计，除此之外可使用相关材料根据配色创作诸如纤维艺术等设计实践，可以尝试广泛、多样且大胆的设计形式。

图7则是基于此思路设计的文创产品，其色彩参考了C类杨家埠木版年画的颜色。设计中没有使用复杂的插画插图，相比于频繁使用印制贴图这种易导致消费者对这些文创产品产生审美疲劳的设计手法，基于色彩分析的设计手法大幅度解放了设计形式，使文创产品的设计可以不拘泥于繁杂的形，而更注重与神的传递。

3. 基于K-means 聚类分析的色彩关联意象评价

前文提出了基本的设计思路并进行了设计实践，那么如何量化和评价这种色彩联系呢？

所以需要设定一个标准：设计作品中的色彩配比越接近原始作品的平均色彩占比，那么其关联度就越高。通过严谨的色彩分析与比对，将感性的色彩抽象为严谨的数据。

通过对比这些数据，便可以通过相对客观的办法为设计作品的用色提出意见，以及评价其在色彩上的“造型”是否精准。

蒙格里安的设计作品通常只包含最基本的颜色和点线面元素。可以通过控制变量的办法，仅更改其画作中的色彩元素。并且由于其形式简洁，可以避免图形等其他元素对色彩评价过程产生干扰。可以直观地感受到色彩对设计作品的影响，故蒙格里安的作品是相对理想的测试蓝本，如图8。

根据C 类杨家埠木版年画的色彩对其作品进行二次创作，其中作品a 添加了错误的颜色。b、c、d 则是按照C 类配色进行填色，但是比例不同。将蒙德里安作品的二次创作进行k-means 聚类分析，并将分析数据与前文给出的色彩分析结果、量化色卡进行对比，判定以下二次创作作品是否符合与最符合C 类杨家埠木版年画的色彩情感和色彩意象，如图9、10。

通过对a 进行K-means 聚类分析可知其色彩与C 类配色的分析数据有较大差异，其使用了错误的色彩。并且与其他的A 类、B 类配色也存在不同，其配色在色相上出现了显而易见的错误。出现了B 类配色中的粉红色和不相干的紫色与橙色。并且色彩的占比也非常随意。在色彩的“造型”上与C 类配色完全不同。

b、c、d三者的差别体现在配色的占比上，b 的色彩比较C 类的色彩占比，出现了黑色失衡的状况，这也与视觉感受相符。而c、d 两份则在视觉上差别不大，但是在分析数据上d 更符合C 类配色的色彩占比。

由此可以得出结论，作品d 相比a、b、c 与杨家埠年画的联系更加密切，这表明其色彩与C 类年画的一致性和关联性保存得最好，同时这也与视觉上的感受相符。

结论与总结

综上所述，通过K-means 聚类分析对杨家埠木版年画的色彩搭配规律进行了总结，并给出了详细的分析方法与整理方法，准确地测量不同色彩在杨家埠年画中的占比，以客观的方式捕捉到杨家埠年画作品中的色彩特征。并以此创作了带有颜色配比的杨家埠年画色卡。

提出以建立色彩纽带为基础，大胆对图形、标志、点线面等元素进行设计的文创产品设计思路。同时以此设计思路进行了设计实践。并使用色卡指导了后续的文创设计转化、对设计结果进行评估，确定了该色彩分析流程在文创产品设计过程中有效且有实践价值；这为杨家埠木版年画文创产品设计实践与设计作品验收提供了案例、新的思路与方法借鉴。

但是，也需要承认色彩分析样本的不够丰富的问题。此问题会对结果的准确性和适用性产生一定的限制。例如在《中国潍坊杨家埠三国版画》中筛选出的C 类样本仅有3 份，样本数量过少。尽管色彩分析样本的不够丰富，但通过进一步扩大样本范围、探索新的分析方法和综合考虑其他因素，可以不断完善色彩分析的准确性和实用性，为杨家埠木版年画及其他各类非物质文化遗产的文创产品设计提供更可靠的指导和创新的思路。