科技与艺术历史

博物学家与插画大师的结合
科学史家乔治· 萨顿曾将真、善、美所对应的 科学、宗教与艺术比喻为一个三棱塔的三个
面，他说：“当人们站在塔的不同侧面的底
部时，他们之间相距很远，但当他们爬到塔 的高处时，他们之间的距离就近多了。” 正如博物学家达尔文（1809-1882）和德国 动物学家、哲学家恩斯特· · 海克尔（18391919），早期的自然科学家往往又是非常细 致的画家和插图大师，和科学艺术巨匠达•芬
奇一样，他们把对自然界的热爱和对宇宙万
生物学家，博物学家，进化论创始人 查尔斯· 罗伯特· 达尔文
物的虔诚与细致的观察融于笔记和书籍中， 成为后人不可多得的宝贵精神财富。
鹦鹉螺所蕴涵的奇妙数学
分形几何学与分形艺术图案
分形艺术图案体现了数学和“大自然美学”之间的联系。
分形艺术图案与大自然的许多植物有着惊人的相似之处。 通过计算机编程产生的这些令人目不暇接的精美分枝、螺
第1讲：科学与艺术的同源性
简洁性、对称性与大自然美学
德国动物学家和哲学家恩斯特· 海因里希· 菲利普· 奥古斯特· 海克尔 （1834－1919）认为生物学在许多方面与艺术类似。自然界中的对称， 比如单细胞生物中的放射虫对他的艺术天赋有很大的启发。海克尔擅长版 画和插图，尤其著名的是他画的浮游生物和海母的画，这些图画生动地体 现了生物世界的美。在其1896年发表的巨著《自然的艺术形式》中含有 数百幅非常细腻的植物、花卉和放射虫的骨骼的插图。他的插图生动地体 现出了大自然赋予生物的绝妙的对称结构学派把美的本质归于形式方面，并为美的现象寻找它的数学基础，
这种美学观对后世的影响深远。柏拉图在形式美方面采用和发展了毕达哥拉斯学
派的思想，他把形式美的本质看作秩序、比例、和谐。他说：“我说的形式美， 指的不是多数人所了解的关于动物和绘画的美，而是直线和园以及用尺、规和矩 所形成的平面形和立体形……我说，这些形状的美不像别的事物是相对的，而是按
达·芬奇的“科学研究”涉及到动植物学、物理学、天文学、空气动力学、鸟类 飞行原理、建筑学、解剖学、生理学、流体力学、地图学等领域….
天文
达· 芬奇对传统的“地球中心说” 持否定的观点。达· 芬奇还认为月亮自
身并不发光，他只是反射太阳的光辉。
他的这些观点的提出早于哥白尼“太阳 中心说”。甚至在当时，达· 芬奇就幻
德国画家、理论家奥伯特· 丢勒（Albrecht Durer 1471~1528）的版画
达·芬奇（1452-1519） 莱昂纳多·达·芬奇是意大利文艺复兴时期 第一位画家，也是整个欧洲文艺复兴时期 最杰出的代表人物之一。他是一位思想深
邃、学识渊博、多才多艺的艺术大师、科
学巨匠、文艺理论家、大哲学家、诗人、 音乐家、工程师和发明家。他在几乎每个 领域都做出了巨大的贡献。后代的学者称 他是“文艺复兴时代最完美的代表”，是 “第一流的学者”，是一位“旷世奇才”。 最重要的是，他是第一位将科学与艺术完 美结合的科学艺术巨匠。
照它的本质就永远是绝对的美。”
Raphael, School of Athens, c.1510
《雅典学院》 壁画 1510-1511年，意大利画家,文艺复兴时期艺坛三杰之一的拉斐尔(Raphael Santi，1483--1520)，以古希腊哲学家柏拉图所建的雅典学院为题，以古代七种自由艺术—即 语法、修辞、逻辑、数学、几何、音乐、天文为 基础，以表彰人类对智慧和真理的追求。
1. 毕达哥拉斯和“数学之美”
古希腊哲学家毕达哥拉斯(公元前582年一507年)发展了数 学审美观，将美归结为数学的法则和比例（如黄金分割、 金字塔结构的宇宙），把一切自然现象都归结为数学的法 则，从而建立了完整的理性主义思想体系，并为西方文化 的发展奠定了理性主义的基调。
1. 毕达哥拉斯和“数学之美”
想利用太阳能了。
达·芬奇手稿,显示画家对
植物学的浓厚兴趣
物理 达· 芬奇重新发现了液体压力的概念， 提出了连通器原理。他发现了惯性原理， 后来为伽利略的实验所证明。他发展了杠 杆原理，除推导出作用力与臂长关系外，
还算出了速度与臂长的关系。他指出了
“永动机”作为能源的不可能性。达· 芬奇 还预示了物质的原子原理，形象生动的描 述了原子能的威力：“那东西将从地底下 爆起，……使人在无声的气息中突然死去， 城堡也遭到彻底毁坏，看起来在空中似乎 有破坏力。”
建筑
他设计过桥梁、教堂、圆屋顶建筑和城市下水道。米兰的护城河就是他设计和建造的。
水利工程 达· 芬奇对水利学的研究比意大利的学者克斯铁列早一个世纪。为了排除泥沙，他作了疏 通亚诺河的施工计划。他设计并亲自主持修建了米兰至帕维亚的运河灌溉工程。由他经手建造 的一些水库、水闸、拦水坝便利了农田灌溉，有些水利设施至今仍在发挥作用。 军事和机械 达· 芬奇的研究和发明还涉及到军事和机械方面，他发明了飞行机械、直升飞机、降落伞、 机关枪、手榴弹、坦克车、潜水艇、双层船壳战舰、起重机等。 地质学 达· 芬奇根据高山上有海中动物化石的事实推断出地壳有过变动，指出地球上洪水的痕迹 是海陆变迁的证明，这个思想与300年后赫顿在地质学方面的发现颇为近似。并且在麦哲伦环 球航行之前，他就计算出地球的直径为7000余英里。他还在数学领域和水利工程等方面作出了 重大的贡献。 直升机之祖 这位文艺复兴时期的天才早在莱特兄弟之前就有可能开创人类飞行的历史。
达·芬奇手稿,显示画家对流体力学
的浓厚兴趣
医学 达· 芬奇在解剖学和生理学上也取得了
巨大的成就，被认为是近代生理解剖学的始
祖。他掌握了人体解剖知识，从解剖学入手， 研究了生理学和医学。他最先采用蜡来表现
人脑的内部结构，也是设想用玻璃和陶瓷制
作心脏和眼睛的第一人。他发现了血液的功 能，认为血液对人体起着新陈代谢的作用。 达· 芬奇研究过心脏，他发现心脏有四个腔， 并画出了心脏瓣膜。他认为老年人的死因之 一是动脉硬化，而产生动脉硬化的原因是缺 乏运动。
1. 毕达哥拉斯和“数学之美”
1.黄金点： ⑴肚脐：头顶－足底之分割点 ⑵咽喉：头顶－肚脐之分割点 ⑶、⑷膝关节：肚脐－足底之分割点 ⑸面部黄金分割律 面部三庭五眼 2.建筑艺术 黄金分割被认为是建筑和艺术中最理想的比例。建筑师们对数字0.618特别偏爱，无论 是古埃及的金字塔，还是巴黎的圣母院，或者是近世纪的法国埃菲尔铁塔，都有与0.618有 关的数据。黄金分割与大多数门窗的宽长之比也是0.618；还有，在古希腊神庙的设计中就 用到了黄金分割。 3.艺术创作 画家们发现，按0.618:1来设计腿长与身高的比例，画出的人体身材最优美，而现今的 女性，腰身以下的长度平均只占身高的0.58，因此古希腊维纳斯女神塑像及太阳神阿波罗 的形象都通过故意延长双腿，使之与身高的比值为0.618，从而创造艺术美。二胡演奏中， “千金”分弦的比符合0.618∶1时，奏出来的音调最和谐、最悦耳。 3.植物 有些植茎上，两张相邻叶柄的夹角是137°28'，这恰好是把圆周分成1:0.618的两条半 径的夹角。据研究发现，这种角度对植物通风和采光效果最佳。
数字媒体艺术
数字媒体艺术
第3章 科学-技术-艺术-新媒介
数字媒体艺术的科技溯源
数字媒体艺术与生俱来就有向往和追求真理的天性。正是在追求真理 的征途上，科学和艺术携手而行，科学探索物质世界，艺术追求美的 感受。而近代科学证明： 科学和艺术是一个硬币的两面，是不可分割 的整体。就像太阳光芒那样具有波和粒子的双重属性。 数字媒体艺术是建筑于科学技术基础上的新艺术形态，是名副其实的 科学和艺术的结晶。为了追溯科学和艺术联姻的历史，探求作为文化 价值观的数字艺术美学的思想传承历史，本章将从古希腊的美学开始， 探索西方艺术史中蕴涵的科学观的形成和20世纪科技发展对艺术家、 艺术流派和艺术观念的影响，探索西方现代艺术和技术的结合的历史， 由此更清晰地梳理出数字媒体艺术的思想来源。
正如博物学家达尔文18091882和德国博物学家与插画大师的结合正如博物学家达尔文18091882和德国动物学家哲学家恩斯特海克尔18391919早期的自然科学家往往又是非常细致的画家和插图大师和科学艺术巨匠达?芬奇一样他们把对自然界的热爱和对宇宙万物的虔诚与细致的观察融于笔记和书籍中成为后人不可多得的宝贵精神财富
毕达哥拉斯有句名言“万物都是由数来安排的”。毕达哥拉斯学派把美归 结为数的秩序，古希腊的建筑、雕刻都严格受到以数比为基本原理的黄金分割 律的支配，他们塑造 的神和英雄，都极为重视结构和比例的规律。 古代的思想家把美与和谐画上等号。希腊古典时代的大哲学家认为，美在于
和谐，美应该是完美的。自然是美的，自然的规律也是美的。亚里士多德说，完
Zn+1=Z2n+C
这个迭代公式中的变量都是复数，通过计算机进行 反复迭代运算就可以产生出一个大千世界！
第2讲：西方古典艺术中的科学观
1. 毕达哥拉斯和“数学之美”
从苏格拉底开始，一直贯穿着一条人类对美的认识的主线——美是建立在比例和数 的基础上的。组成美的基本成分有四个：清晰、对称、和谐和生动。
旋状、羽叶状树叶不仅使数学家、物理学家为之迷恋，而
且使许多艺术家趋之若鹜，他们认为在这些无穷放大或缩 小的自我相似的螺旋形结构中蕴藏着宇宙的奥秘。
1970年代数学家曼德勃罗（B. B. Mandelbrot) 1975年出 版了他的专著《分形、机遇和维数》，这是分形（Fractal） 理论诞生的标志。
柏拉图——美在于恰当的尺寸和大小，在于各个部分以完美和谐的方式连接成统一的整体 。他将比例的概念扩展开来，用于阐释所有是物美，如：文章的长度要合适，绘画的结构 要精当，诗歌中语言的运用要恰到好处等。 亚里士多德——美存在于“次序、对称和明确”中； 西塞罗（Cicero） ——美是“肢体成对发展的形状，再加上迷人的色泽”； 普罗丁诺（Plotinus） ——美是“各部分之间的对称和相对于整体的对称。 美的事物本质上 是对称的”。 古希腊人们对自然界美的追求体现在他们对数学比例的研究中。据史书记载，最初对黄金比 例进行明确定义是在公元前300年，由几何学归纳法创始人欧几里得提出的。其定义：一条直线 按黄金分割后，整条直线和较大部分的比值等于较大部分与较小部分的比值。该黄金比例是一个 永不重复，永无穷尽的数字，1：0.6180339887…… 黄金分割具有令人惊叹的和谐品质和“完美”的比例。历史上的一些伟大的数学家毕达哥拉 斯和欧几里得、文艺复兴时期天文学家开普勒，及当今数学名人都对这个看似简单的数率问题及 其本质投入了大量的精力。
3. 比例、透视、解剖和光影
发源于欧洲17世纪的伟大的文艺复兴运动代表了现代科学的发展起源，同时文艺复
兴运动也就西方理性主义绘画推向了巅峰。在文艺复兴时期，以达·芬奇为代表，涌现了
许多对科学和艺术进行探索和研究的杰出的艺术家和科学家，文艺复兴时期的透视学、解 剖学、比例法和光影表现法的理论研究对于在二维平面的画布上表现三维空间和立体影像 关系十分重要。除达·芬奇外，布伦内希、波提切利、丢勒、米开朗基罗等人对透视学、 解剖学、比例法和光影表现法的研究和实践也作出了重要贡献。 （1）比例法的研究 大自然中的一切物体都是以其自身的比例关系形成自身特定的构造，并都具有数学 的逻辑关系，这种逻辑关系即适用于自然物的美，也适用于人类的视觉艺术、音乐等。最
2. 文艺复兴时期的科学与艺术
古希腊人建立的理性主义艺术观念在文艺复兴时期的艺术家那里则体现为对光影、 透视学和人体解剖学等科学原理和写实技法的钻研和运用。由此，经过数百年中 无数艺术家的不断探索，西方人建立了一套完整的写实绘画体系。这种绘画能在 二维的平面上再现出三维空间中的立体形象，造成一种逼肖客观自然的“幻象”。
美的天上物质构成的天体运动轨迹，必定是完美的曲线。而最完美的曲线，就是 园，所以所有的天体都是以圆轨道运行的。毕达哥拉斯进一步认为，整个宇宙就 是一种和谐，就是一种数，在数字之间有着能够产生和谐关系的比例。毕达哥拉 斯学派的基本哲学命题是：“数是一切事物的本质，整个有规定的宇宙的组织， 就是数以及数的关系的和谐系统”。
可以说，达· 芬奇的研究涉及到自然科学的每一部门，他的思想和才能深入到人类知识的 各个领域。他是世界上少有的全面发展的学者。但是，达芬奇的大多数著作和手稿都没有发表， 直到他逝世后多年才被世人所发现。科学史家丹皮尔这样评论达芬奇，“如果他当初发表他的 著作的话，科学本来一定会一下就跳到一百年以后的局面。”