用绘画记录发明

——达·芬奇的绝技

世界文明史上留下了许多由绘画与发明相融合的杰出创造——达·芬奇的作品就a是这方面的卓越代表。

达·芬奇绘制的坦克素描草图（中）和依据该草图建造的坦克模型（下）

很多人都知道，达·芬奇是意大利文艺复兴时期艺术三杰之首，尤其在世界艺术史上达到了西方古典画派的顶峰，殊不知他还是一位出色的发明家。他那及时用绘画记录观察思考内容和发明设计构思的方法，使其留下了大量发明与绘画交融的杰作——他撰写了一本《绘画笔记》，深入地研究和论述了由绘画诞生的发明灵感，认为在经常和随手的涂画中可以连续地触发想象而产生创造性构思。像图1中他绘制的著名坦克素描草图（中）可能就受到了马力战车（上）绘画作品的影响;而坦克实物模型（下）正是依据该草图建造的——这架由当今IBM公司赞助制造的手动坦克模型，外壳用带孔的金属板加固，以便士兵在里面使用武器射击。

达·芬奇还于1485年绘制了著名的飞行器机翼（图2左）和降落伞（图2右）发明草图，其中机翼的发明草图（左上）显然是在观察了蝙蝠翅膀（左下）的基础上完成的，绘画线条艺术而简练——在他看来，蝙蝠的翅膀轻巧而面积大，其结构与功能结合俱佳，适用于飞行器机翼的设计。像这样的手稿约有5000页，一直完好地保留至今，达·芬奇随手涂画融入的发明元素比比皆是。《发明天才——他们是这样改变世界》一书的作者、英国著名科普作家杰克·查洛纳甚至这样写道：“如果他（达·芬奇）的这些发明设计在当时能够得以实现，将可以使我们的世界科技文明进程足足提前100年。”

知识链接

达·芬奇生活在意大利历史上一个相对动荡的年代。当时他所在的城市正处于频繁的战争中，受到来自法国和西班牙侵略者的持续威胁，生活在那里的人们需要奋起反抗来保护国家领土和他们的生命财产。为此，达·芬奇提出他能够制造出功能强大的武器和战争防御系统，因而他的绘画笔记中就留下了许多军事发明。

绘画技法的发明来源于科学

——空气透视法

在观测自然世界时，人脑通过空气或大气透视发挥作用的程度来获取距离和景深的信息。例如在观察树木时，我们能感觉到视觉模糊的树更远一些。无论是空气分子、云雾或其小水滴等，都能够冲淡色彩饱和度和对比度，并且天晴的时候远距离的物体看起来红色更少，绿色、蓝色、紫色却更多。在雾天和多云天气中则会出现“没影平面”之感，因为超过一定距离的物体就会消失于观测者的视线中。

在此基础上，绘画中的“空气透视法”应运而生。“空气透视法”在我国古代的山水画中早就广为应用。在我国宋代（960～1279年）山水画家郭熙的《早春图》（图3），以及13世纪画家楼观和后来的画家王建章的画作中，我们都可以看到，画中的距离感是通过更远处物体的对比度和色彩被山中的雾气、瀑布的飞沫冲淡来表现的。在西方，最早提出空气透视法的概念并进行运用的是达·芬奇，从《蒙娜丽莎》（图4）的人物背景中就可窥见一斑。“空气透视法”发明的意义在于，眼看不清或看不到的事物，其图景靠人的大脑给补全了——这就给绘画创作提供了科学的视觉依据。

中国北宋时期的郭熙实际上运用了“空气透视法”创作《早春图》

以绘画诠释发明发现

——插画的功效

在古阿拉伯，曾有一位伟大的发明天才名叫加扎利，他善于用插图来诠释他的发明。1206年他创作完成了《精巧机械装置的知识之书》。书中插入并概述了他先前所做的工程设计方案和草图，详细地记载了50件精巧的机械装置——包括复杂的钟表、定期改变流动模式的喷泉、提水用的机械以及休闲娱乐的玩具等。对于每件装置的描述，书中都伴有清楚的发明设计插图以辅助解释说明——画面色彩鲜艳、思路清晰，几何布局优美合理而富于阿拉伯式的艺术和装饰性，以便帮助人们加深理解这些机械的结构及工作原理。

在1405年，意大利人发明了“点透视法”后不久，各种各样的巧妙手段开始出现，以帮助画家更好地模拟感知到的世界。到了16世纪早期，整个欧洲各种各样的方法和工具不断涌现——图6展示了一幅德国文艺复兴时期最伟大的全才式艺术家丢勒在《测量法》中的精彩版画插图，他将所发明的透视画法工具用绘画形式进行了明确直观的表现。

16世纪末，德国伟大的天文学家开普勒发现了数学的和谐之美，并认为它就是真实的宇宙图景。他在奥地利期间，致力于探测当时所观测到的太阳系六大行星轨道大小之间的数形关系。他惊喜地发现，用柏拉图的5种正多面体，正好可以表示出六大行星的轨道半径来——这样设计出的行星轨道与当时的观测数据相当吻合。这些素描插图为人们理解他的思想起到了直观的说明和解释作用，不失为一个非常有想象力的太阳系结构图景。

在《蒙娜丽莎》的背景处理中，达·芬奇运用了“空气透视法”

用绘画激发灵感

——从绘画构思到发明创造

笔者在从事绘画创作的过程中深深感悟到：有些画作是含有发明性的，如果不将它画出来，不给其“见天日”的机会，就更别说实现它了。

很多时候，灵感来自大自然生物界的构造与功能（即仿生学）。笔者是一位崇尚自然生活的人，幻想着有朝一日能投入大自然的怀抱，过着与美景朝夕相伴的生活，于是渐渐就有了《山间螺楼》这幅创作。

这是《精巧机械装置的知识之书》中的一幅水利发明彩色插画（注意右上方还画了一个阿拉伯男子工作之余玩蚂蚱的生动情景）

这是一个受海螺壳启发，按仿生学思路进行的建筑构思。大家知道，各种海螺由于身处海下山石中，需要具有抵抗海水压力的运动结构和保护其中柔软生命的几何构造，其螺壳质地坚硬而强度高，便于海螺的安全生存和行动……这些特点从仿生学角度看，都可以加以汲取和利用。比如在悬崖绝壁上建造“山间螺楼”别墅——抗海底强压的特性可用来抵抗与分解山间的巨大风压;质地坚硬而强度高的特性可抵御大山深处的各种突发状况，经久耐用;此外，由于螺楼截面为圆形，不论风向与阳光角度，都可全方位透气和旋转式采光;如果再安装上蓄排水装置的话，那就可建造人造瀑布，并且在雨后阳光下能观赏彩虹美景，享受人间仙境般的生活。

开普勒在《宇宙的奥秘》中以插图形式解释了他那著名的宇宙和谐图景

20年前的一个夏日傍晚，笔者拿着一个普通圆规在画图，当双手拉动圆规双臂时，想象力好像让其夹角、等腰三角形等几何元素与圆规内侧“重合”了。我赶紧拿起笔，在一张纸上速画了个圆规简图，此时不知怎么就想到在圆规双臂中间位置加上一个“微型卷尺”的构思……当时，三角形的“中位线定理”（三角形的中位线平行于第三条边，并等于第三条边的一半）是我所知的，再查《数学手册》，“弓形的弦与夹角的关系式”也找到了，此时的我兴奋不已，不久便诞生了图9左边的那幅素描画。

从绘画到发明的实例—塞项发明后来获得了国家专利（刘夕庆绘）

简而言之，绘画（艺术想象力）和发明（科技创造力）是相融与互通的。笔者认为，它们的融合所产生的成果不是简单的加法关系，而是翻倍的乘法关系，必将结出丰硕的、理性和激情相结合的创造性之果……让我们领略它们的美妙和奇特吧！

刘庆结合仿生学的绘画作品《山间螺楼》——崇尚融入大自然怀抱的生活