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科学成像的古早办法

中国古人在“看”这个问题上,似乎从未遵从过西方的透视法,中国古代绘画历史上也不曾出现过“透视”这一术语。中国古代绘画中的远近(空间表达)借由“远观”而呈现:所谓高远,深远和平远的观看方式。当然,如果在文艺复兴之后的西方人看来,这种“观”无疑是古怪的——如同本文中出现的北爱尔兰巨人堤道插图。
 
从前科学迈进到科学,西方体认自然与世界的方式自有其内在的必然逻辑。技术与观念的实践,也是一部“动手”的历史。
 
撰文 | Gregorio Astengo
 
翻译 | 苦山
 
校对 | 兔子的凌波微步
 
从信息图到数字渲染,今天的科学家们已经可以随时使用各式各样的技术,以视觉方式传达他们的研究成果。然而情况并非向来如此。格雷戈里奥·阿斯滕戈(Gregorio Astengo)对英国皇家学会(Royal Society)期刊《哲学学报》(Philosophical Transactions)的早期刊物中采用的创新方法进行了探究。《哲学学报》是世界上第一份科学期刊,刊中所采用的新型图像制作形式,推动了17世纪图书印刷技术的发展。
理查德·沃勒,《生理颜色表》细部(“Tabula colorum physiologica …”),刊于《哲学学报》,1686年。© royalsocietypublishing.org
 
早期现代科学家面临的最艰巨的挑战之一在于,为了向公众展示他们的发现,需要设计出最佳的视觉表现形式。
 
在缺乏任何类型的自动可视化技术(如照相机或扫描仪)的情况下,16世纪和17世纪的自然哲学家不得不先是依靠绘画,随后则是木刻、蚀刻或雕刻,将实验发现转变为可复制、可供公众取阅的演示画面。
 
这是一项费力、昂贵、耗时而且经常出岔子的操作。图像制作涉及到相关领域的数类人员,例如制图员、雕版师和印刷工,几方协商之下,最终的结果不可避免地需要在研究人员的意图和印刷行业的能力之间达成妥协。例如,一幅绘图可以通过阴影、薄涂和色彩上的细微差别来表达内容,印刷图却只能通过一个黑与白的二进制系统将其近似地还原,这是由沾墨的铜版对纸页的压力实现的。
 
在英国皇家学会成立早期,无法高效成像是个格外明显的问题。皇家学会成立于17世纪60年代初的伦敦,至今仍被视为世界上最负盛名的科学研究机构之一。在最初几十年的活动中,英国皇家学会确立了自己作为科学革命的核心力量之一的地位,其著名成员包括罗伯特·博伊尔(Robert Boyle)和艾萨克·牛顿。当时,学会成员每周聚会一次,讨论正在进行的各学科研究,如物理学、数学、生物学、天文学、力学、地理学和古物研究学。
 
皇家学会成立后不久,就开始寻找新的方法来提高知名度和扩大公众影响,由此出现了《哲学学报》,它是由同行评议的期刊,也是该类期刊中的第一份,刊内登载皇家学会每周研究会议的摘录。该期刊由学会秘书亨利·奥尔登堡(Henry Oldenburg)于1665年创办,至今仍在出版,被认为是历史上第一份也是出版最久的科学期刊,因为相关投稿均是对自然和机械问题的原创探索研究的结果,而这些研究收到了学会的实验文化的影响——这种实验文化即是我们今天通常所说的“科学”的一部分。
《哲学学报》第一期,1665年。© royalsocietypublishing.org
 
《学报》以小四开格式(大约17x22cm)印刷,每期最多可印十几篇文章,售价一先令,约合今天的5英镑。《学报》是一份开创性的学术出版物,出版频率极高,目标读者群体广大,由各色好奇的研究人员组成。因此,特别是在最初几年,它的撰稿人往往专注于如何通过可大规模生产的视觉媒介这一便利,来最好地传达他们的想法和发现。
 
对该刊登载的部分文章进行细读后,可以发现,自然哲学家们为了描绘世界,时刻准备着用崭新(通常也很古怪)的策略对图像的制作和阅读行为进行重塑。这是一系列无休止的动手实验的过程,经常会突破传统印刷厂的限制。
 
1665年,身为艺术评论家、作家和英国皇家学会创始人之一的约翰·伊夫林(John Evelyn)把精确复刻这一问题正式提上了台面。伊夫林对雕版画的潜力和局限十分敏感。他热衷于收藏版画,并于1662年出版了自己的《论雕刻》(De Sculptura),改编自亚伯拉罕·博斯(Abraham Bosse)的经典作品《线雕论》(Traicté des manieres de graver)。
 
《哲学学报》发行后不久,奥尔登堡发表了一篇由某巴黎来信者匿名写给伊夫林的文章,描述了“一种当时在绘画中现行的方法,可以通过用蜡来制作出更生动的自然画像”。文章简要介绍了利用蜡造型和蜡着色技术,忠实地雕刻自然标本和绘制浮雕地图的方法。伊夫林认为,由此产生的模型比具象派绘画更有说服力,而且十分逼真,“以至于它们扼杀了这门艺术的一切”。伊夫林在赞扬缩尺模型(plan-relief)具有说明性的潜力时,也指出了对科学再现性进行精密研究的必要性,这一方面是为了保存重要信息,同时也是邀请观者更多地参与进来。
 
伊夫林并不是唯一一个关注新的有效成像方式的人。在1686年的前几个月,第179期的《哲学学报》中出现了一张大型的彩色颜料表。可折叠的表纸上涵盖了128种色样,都排在大型图表上,并以多种语言按种类及名称分类,颜料表之外还附有一篇名为《简单及混合色彩目录》(A Catalogue of Simple and Mixt Colours)的文章。
理查德·沃勒的《生理颜色表》,刊于《哲学学报》,1686年。© royalsocietypublishing.org
 
随附的文章详细描述了图表中的每一种颜色。例如,“大青”(Smalt)是“由钴蓝釉和锅炉灰在玻璃熔炉中一起煅烧制得”,而“铅白(Ceruse)是由蒸汽煅烧法制成的铅锈”。这篇文章的作者是理查德·沃勒,他是英国皇家学会早期人员中最活跃的插画家之一,他自己也在1691年至1693年间担任《哲学学报》的编辑。沃勒制作色彩表的目的在于建立一个标准化的色彩视觉映射系统,绕过雕版画的单色限制。
 
“因此,[沃勒提出],要想描述一种植物,可以观察哪一种简单色或混合色和它最接近,随即用该色彩对应的词语来描述,假如读者有意,可以查看他的表格,从中找到规律。”
 
换句话说,沃勒用这张颜色表为自然哲学家们提供了便携式的色彩词典,这是一个通用的参考系统,不需要实际涂出颜色,就能够重现各种色彩间的细微差别。
 
沃勒可以说是英格兰第一个提出撰写自然色彩描述说明的人,他的文章也是《哲学学报》上第一篇也是唯一一篇使用彩色的文章。制作沃勒的图表肯定特别复杂,因为每一个色样都必须手工添加到几百份期刊中。这期期刊的最后一页还写有对印刷工的明确指示:
 
“颜色表需插在此页后,操作时应谨慎小心,期刊装订后需在折叠的表格间插入白页,以免诸色样彼此粘连。”
 
对于17世纪的伦敦印刷界来说,学术期刊实质上是一种全新的形式,它为制图者们带来了全新的问题和机遇。沃勒的使用说明也证明了《哲学学报》的视觉资料的智识使命只有在与参与其制造的打印工人、装订工人和书商之间形成的关系中才能存在。这种合作的另一个例子是千分尺的插图,千分尺是一种由威廉·加斯科因(William Gascoigne)发明的用于优化焦距放大和可测量性的天文仪器,1667年由数学家理查德·汤利(Richard Townley)在《学报》第29期中展示。
 
这篇文章的标题是《一种将一英尺分成上千个部分的工具》(An Instrument for dividing a foot into many thousand parts),文中还附有一幅雕版画,原画最初由机械师罗伯特·胡克(Robert Hooke)绘制。胡克是另一位非凡的17世纪研究者:1661年起,他担任英国皇家学会的实验负责人,并很快因其畅销书《微图》(Micrographia,1665年)而闻名遐迩,这本书让我们第一次得以近距离观察跳蚤和其他微小动物的解剖结构。
罗伯特·胡克的《微图》中的跳蚤插图,1665年。© royalsocietypublishing.org
 
在他的千分尺图中,胡克在该页底部多印了一窄条,上面画的是用两个长螺栓固定的扁平木盖。这个“可移动的遮盖”是:
 
“需由书商从纸上沿记号线(xxx)剪下,并沿对应的记号线(yyyy)固定于图1上方;通过将此遮盖移开或折起,螺丝和瞄准具内部的复杂结构便会显现。”
 
这枚“遮盖”通过剪下并沿器械的一条边缘黏合,固定到位,就变成了一块可移动的活板。胡克设计了这种剪切粘贴系统,一旦由书商组装好,读者就可以“打开”千分尺。于是,这幅画就像它自己的“纸制工具”一样,以愈发真实的方式再现了原器具的物理属性。
左图:理查德·汤利千分尺的版画,底部有遮盖,此为供应给书商的版本。右图:遮盖被剪下并粘合到位后的版画;摘自《哲学学报》,1667年。© royalsocietypublishing.org
 
千分尺是占据英国皇家学会研究议程的众多科技产物之一,同样在这一议程上的还有望远镜或显微镜等更为著名的发明。同样,自动、精确地记下自然图像的仪器也是巩固皇家学会经验主义使命的关键。在1670年出版的某期《哲学学报》的序言中,奥尔登堡对哲学家弗朗西斯·培根的名言进行了重新诠释,用工具制造的比喻来表示通往普遍知识的进程:
 
“任何一只粗野的手都能够用圆规画出一个圆圈,而它会比最完美的文人徒手画出的圆圈还要完美。[……]借助工具,我们也许可以找出如何用透视法准确又快速地画出任何物体。”
 
奥尔登报在这里所指的多半是透视绘图仪(perspectograph),一种由克里斯多佛·雷恩于17世纪50年代发明的绘画仪器,这篇序言写就不久前,它刚刚在《哲学学报》上得到展示。雷恩自己就是一个绘图大师:他是英格兰第一个尝试镂刻凹版技术的人,很快就成为一位技艺高超的建筑师,设计、主建了大量的工程项目,其中就包括圣保罗大教堂。他的设备是一个垂直的板子,上面用一个追踪装置连着一支笔,任何人都可以用它通过一个小孔沿着一个物体的轮廓画透视图。
克里斯多佛·雷恩的透视绘图仪,刊于《哲学学报》,1669年。© archive.org
 
雷恩设计这个装置的目的是优化视觉呈现,甚至可能用于版画复刻。在托马斯·威利斯(Thomas Willis)的《大脑解剖》(Cerebri Anatome,1664年)一书中,雷恩绘制了极为出色的人脑图,一般认为,他是用自己的透视绘图仪直接在铜板上画出的。
克里斯多佛·雷恩所绘的大脑下半部分雕版画,摘自《大脑解剖》,托马斯·威利斯著,1664年。© archive.org
 
与这种装置类似的是“群线平行四边仪”(Prosopographical Parallelogram),这是一种用平行线再现物体的仪器,1673年发表于《哲学学报》。这种机器的组成部分包括一块垂直板,安装在三脚架上,上面连着一个缩放器(一个铰链平行四边形)。缩放仪的一个顶点上装有一根指针,对角上则固定了一支铅笔,用以在板上画画。通过让指针沿着原型的轮廓移动,铅笔将会在板上自动勾勒出一比一大小的倒置“立面图”。
乔治·辛克莱(George Sinclair)用以平行绘图的平行四边仪,摘自《哲学学报》,1673年。© archive.org
 
雷恩的透视绘图仪能够辅助透视视图的自动绘制,就像现代摄影一样,而平行四边仪则如同早期现代的扫描仪一般,能够绘制出可测量的图形。因此,这些器械的发明意图与沃勒的色彩表并没有太多不同。这些项目的核心在于寻找方便而精确的复制方法——简而言之,以制作“更生动的画像”。
 
事实上,即使是像透视法和平行绘图这样独特而悠久的传统方法(也就是那些器械理应将其机械化的方法),也可能因为注释的缘故而彼此交织。一个应景的例子是北爱尔兰的巨人堤道(Giant’s Causeway)的插图,在1694年的第212期《哲学学报》上,它有史以来第一次出版。这张插图是由雕版师埃德温·桑迪斯(Edwin Sandys)根据杜布林纳·克里斯多佛·科尔(Dubliner Christopher Cole)的现场绘图制作的。这幅画描绘了北爱尔兰著名海岬的鸟瞰图,前景则详细描绘了海岬天然的岩石结构丛。
克里斯多佛·科尔绘制的巨人堤道图,摘自《哲学学报》,1694年。© royalsocietypublishing.org
 
突兀的是,这张照片的视角中心不对称且奇怪地倾斜,介于中景和远景之间。事实上,科尔的绘图是将一系列不同视角的图画结合在一起,形成了一幅画。牧师塞缪尔·弗利(Samuel Foley)为插图附了一段简短的描述,他评论称科尔:
 
“并没有把这条堤道画成风景画,也没有把它画成俯视图或平面图,他认为这不能满足他的设计,而除了‘草图’(draught),他没给这图想出别的名字,因此他就这么称呼它:他将丘陵和堤道缩影为同样的高度和大小,如草图所示,而这正是他所认为的最明白易懂的表达方式。”
 
有人指出,为了得到这幅压平了的图,科尔绘制了两或三幅不同的地形全景图,随即将它们整合到他最终的成稿中。这既不是“风景图”,也不是“俯视图”或“平面图”,既不是图解,也不是绘画,既不是地图,也不是透视图,而是介于多种形式之间的一种产物,是一种选择多个视角重新排列后的古怪集合,目的是为了尽可能综合地表达此处的地形特征,乃至于损害了它的现实性。
 
事实上,由于其逼真性有限,最终的结果并不令人信服。爱尔兰物理学家托马斯·莫利纽克斯(Thomas Molyneux)此后不久就因其在《哲学学报》上发表的精确绘制驼鹿角的图画而被选为英国皇家学会会员,对他来说,科尔并不是“非凡的艺术家”,而这种独特的岩石构造也仍需得到更恰当的呈现。为了纠正这一问题,1694年,埃德温·桑迪斯受委托就巨人堤道为主题画了一幅全新的、更大的《真实风景》。
埃德温·桑迪斯对巨人堤道景色的绘制,摘自《哲学学报》,1694年。© royalsocietypublishing.org
 
在桑迪斯的插图中,自然环境显得更加传统,岩石峭壁、建筑和居民都处于一种更加传统的景观视图中。然而,科尔正是通过他那非传统的技术,在第一幅画中成功地介绍了堤道玄武岩柱那独特的物理特征,而这种独特性在桑迪斯的版本中部分地遗失了。科尔不同寻常的构图引起了如莫利纽克斯等自然哲学家的注意,几年后,莫利纽克斯继续对此进行探究,并向《哲学学报》寄去了一篇文章,进一步描述了他对堤道的观察。
 
科学史学家史蒂文·沙平(Steven Shapin)认为,在17世纪后期的科学界,“纯粹信仰向正确知识的转化被认为是由个人的感知和认知向集体文化的变迁”。作为明确设计为培养追逐积累知识的学者网络的渠道,早期的《哲学学报》是探索实验者和公众之间的信息“运输”的理想舞台。
 
与传统的视觉辅助工具相比,颜色表、可折叠的纸活盖或多视点的全景图等非传统视觉产品提供了“更生动的画像”,因为它们给出了有效收集、整合和传播视觉数据的新范式。在这样做的同时,它们也挑战、提升了生产和发放自身的必要技术,如雕版和版画复刻。
 
它们可以被看作是创新科学成像传统的早期实例,这种传统如今广泛表现在一系列重要技术中,例如用于增强天文和显微镜成像的红外线或紫外线摄影;用于勘探、地形描绘和地质学的摄影测量术和3D扫描;以及例如等时线图、图表和图解等种类的信息图。
 
本文转载自微信公众号“利维坦”。原文:publicdomainreview.org/essay/more-lively-counterfaits
 
本文基于创作共同协议(BY-NC),由苦山在利维坦发布。



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