用繪畫記錄發(fā)明

——達·芬奇的絕技

世界文明史上留下了許多由繪畫與發(fā)明相融合的杰出創(chuàng)造——達·芬奇的作品就a是這方面的卓越代表。

達·芬奇繪制的坦克素描草圖（中）和依據(jù)該草圖建造的坦克模型（下）

很多人都知道，達·芬奇是意大利文藝復興時期藝術三杰之首，尤其在世界藝術史上達到了西方古典畫派的頂峰，殊不知他還是一位出色的發(fā)明家。他那及時用繪畫記錄觀察思考內容和發(fā)明設計構思的方法，使其留下了大量發(fā)明與繪畫交融的杰作——他撰寫了一本《繪畫筆記》，深入地研究和論述了由繪畫誕生的發(fā)明靈感，認為在經常和隨手的涂畫中可以連續(xù)地觸發(fā)想象而產生創(chuàng)造性構思。像圖1中他繪制的著名坦克素描草圖（中）可能就受到了馬力戰(zhàn)車（上）繪畫作品的影響;而坦克實物模型（下）正是依據(jù)該草圖建造的——這架由當今IBM公司贊助制造的手動坦克模型，外殼用帶孔的金屬板加固，以便士兵在里面使用武器射擊。

達·芬奇還于1485年繪制了著名的飛行器機翼（圖2左）和降落傘（圖2右）發(fā)明草圖，其中機翼的發(fā)明草圖（左上）顯然是在觀察了蝙蝠翅膀（左下）的基礎上完成的，繪畫線條藝術而簡練——在他看來，蝙蝠的翅膀輕巧而面積大，其結構與功能結合俱佳，適用于飛行器機翼的設計。像這樣的手稿約有5000頁，一直完好地保留至今，達·芬奇隨手涂畫融入的發(fā)明元素比比皆是。《發(fā)明天才——他們是這樣改變世界》一書的作者、英國著名科普作家杰克·查洛納甚至這樣寫道：“如果他（達·芬奇）的這些發(fā)明設計在當時能夠得以實現(xiàn)，將可以使我們的世界科技文明進程足足提前100年?！?/p>

知識鏈接

達·芬奇生活在意大利歷史上一個相對動蕩的年代。當時他所在的城市正處于頻繁的戰(zhàn)爭中，受到來自法國和西班牙侵略者的持續(xù)威脅，生活在那里的人們需要奮起反抗來保護國家領土和他們的生命財產。為此，達·芬奇提出他能夠制造出功能強大的武器和戰(zhàn)爭防御系統(tǒng)，因而他的繪畫筆記中就留下了許多軍事發(fā)明。

繪畫技法的發(fā)明來源于科學

——空氣透視法

在觀測自然世界時，人腦通過空氣或大氣透視發(fā)揮作用的程度來獲取距離和景深的信息。例如在觀察樹木時，我們能感覺到視覺模糊的樹更遠一些。無論是空氣分子、云霧或其小水滴等，都能夠沖淡色彩飽和度和對比度，并且天晴的時候遠距離的物體看起來紅色更少，綠色、藍色、紫色卻更多。在霧天和多云天氣中則會出現(xiàn)“沒影平面”之感，因為超過一定距離的物體就會消失于觀測者的視線中。

在此基礎上，繪畫中的“空氣透視法”應運而生。“空氣透視法”在我國古代的山水畫中早就廣為應用。在我國宋代（960～1279年）山水畫家郭熙的《早春圖》（圖3），以及13世紀畫家樓觀和后來的畫家王建章的畫作中，我們都可以看到，畫中的距離感是通過更遠處物體的對比度和色彩被山中的霧氣、瀑布的飛沫沖淡來表現(xiàn)的。在西方，最早提出空氣透視法的概念并進行運用的是達·芬奇，從《蒙娜麗莎》（圖4）的人物背景中就可窺見一斑?！翱諝馔敢暦ā卑l(fā)明的意義在于，眼看不清或看不到的事物，其圖景靠人的大腦給補全了——這就給繪畫創(chuàng)作提供了科學的視覺依據(jù)。

中國北宋時期的郭熙實際上運用了“空氣透視法”創(chuàng)作《早春圖》

以繪畫詮釋發(fā)明發(fā)現(xiàn)

——插畫的功效

在古阿拉伯，曾有一位偉大的發(fā)明天才名叫加扎利，他善于用插圖來詮釋他的發(fā)明。1206年他創(chuàng)作完成了《精巧機械裝置的知識之書》。書中插入并概述了他先前所做的工程設計方案和草圖，詳細地記載了50件精巧的機械裝置——包括復雜的鐘表、定期改變流動模式的噴泉、提水用的機械以及休閑娛樂的玩具等。對于每件裝置的描述，書中都伴有清楚的發(fā)明設計插圖以輔助解釋說明——畫面色彩鮮艷、思路清晰，幾何布局優(yōu)美合理而富于阿拉伯式的藝術和裝飾性，以便幫助人們加深理解這些機械的結構及工作原理。

在1405年，意大利人發(fā)明了“點透視法”后不久，各種各樣的巧妙手段開始出現(xiàn)，以幫助畫家更好地模擬感知到的世界。到了16世紀早期，整個歐洲各種各樣的方法和工具不斷涌現(xiàn)——圖6展示了一幅德國文藝復興時期最偉大的全才式藝術家丟勒在《測量法》中的精彩版畫插圖，他將所發(fā)明的透視畫法工具用繪畫形式進行了明確直觀的表現(xiàn)。

16世紀末，德國偉大的天文學家開普勒發(fā)現(xiàn)了數(shù)學的和諧之美，并認為它就是真實的宇宙圖景。他在奧地利期間，致力于探測當時所觀測到的太陽系六大行星軌道大小之間的數(shù)形關系。他驚喜地發(fā)現(xiàn)，用柏拉圖的5種正多面體，正好可以表示出六大行星的軌道半徑來——這樣設計出的行星軌道與當時的觀測數(shù)據(jù)相當吻合。這些素描插圖為人們理解他的思想起到了直觀的說明和解釋作用，不失為一個非常有想象力的太陽系結構圖景。

在《蒙娜麗莎》的背景處理中，達·芬奇運用了“空氣透視法”

用繪畫激發(fā)靈感

——從繪畫構思到發(fā)明創(chuàng)造

筆者在從事繪畫創(chuàng)作的過程中深深感悟到：有些畫作是含有發(fā)明性的，如果不將它畫出來，不給其“見天日”的機會，就更別說實現(xiàn)它了。

很多時候，靈感來自大自然生物界的構造與功能（即仿生學）。筆者是一位崇尚自然生活的人，幻想著有朝一日能投入大自然的懷抱，過著與美景朝夕相伴的生活，于是漸漸就有了《山間螺樓》這幅創(chuàng)作。

這是《精巧機械裝置的知識之書》中的一幅水利發(fā)明彩色插畫（注意右上方還畫了一個阿拉伯男子工作之余玩螞蚱的生動情景）

這是一個受海螺殼啟發(fā)，按仿生學思路進行的建筑構思。大家知道，各種海螺由于身處海下山石中，需要具有抵抗海水壓力的運動結構和保護其中柔軟生命的幾何構造，其螺殼質地堅硬而強度高，便于海螺的安全生存和行動……這些特點從仿生學角度看，都可以加以汲取和利用。比如在懸崖絕壁上建造“山間螺樓”別墅——抗海底強壓的特性可用來抵抗與分解山間的巨大風壓;質地堅硬而強度高的特性可抵御大山深處的各種突發(fā)狀況，經久耐用;此外，由于螺樓截面為圓形，不論風向與陽光角度，都可全方位透氣和旋轉式采光;如果再安裝上蓄排水裝置的話，那就可建造人造瀑布，并且在雨后陽光下能觀賞彩虹美景，享受人間仙境般的生活。

開普勒在《宇宙的奧秘》中以插圖形式解釋了他那著名的宇宙和諧圖景

20年前的一個夏日傍晚，筆者拿著一個普通圓規(guī)在畫圖，當雙手拉動圓規(guī)雙臂時，想象力好像讓其夾角、等腰三角形等幾何元素與圓規(guī)內側“重合”了。我趕緊拿起筆，在一張紙上速畫了個圓規(guī)簡圖，此時不知怎么就想到在圓規(guī)雙臂中間位置加上一個“微型卷尺”的構思……當時，三角形的“中位線定理”（三角形的中位線平行于第三條邊，并等于第三條邊的一半）是我所知的，再查《數(shù)學手冊》，“弓形的弦與夾角的關系式”也找到了，此時的我興奮不已，不久便誕生了圖9左邊的那幅素描畫。

從繪畫到發(fā)明的實例—塞項發(fā)明后來獲得了國家專利（劉夕慶繪）

簡而言之，繪畫（藝術想象力）和發(fā)明（科技創(chuàng)造力）是相融與互通的。筆者認為，它們的融合所產生的成果不是簡單的加法關系，而是翻倍的乘法關系，必將結出豐碩的、理性和激情相結合的創(chuàng)造性之果……讓我們領略它們的美妙和奇特吧！

劉慶結合仿生學的繪畫作品《山間螺樓》——崇尚融入大自然懷抱的生活