科學成像的古早辦法_風聞
返朴-返朴官方账号-关注返朴（ID：fanpu2019）,阅读更多！2021-07-10 10:22
中國古人在“看”這個問題上，似乎從未遵從過西方的透視法，中國古代繪畫歷史上也不曾出現過“透視”這一術語。中國古代繪畫中的遠近（空間表達）藉由“遠觀”而呈現：所謂高遠，深遠和平遠的觀看方式。當然，如果在文藝復興之後的西方人看來，這種“觀”無疑是古怪的——如同本文中出現的北愛爾蘭巨人堤道插圖。
從前科學邁進到科學，西方體認自然與世界的方式自有其內在的必然邏輯。技術與觀念的實踐，也是一部“動手”的歷史。
撰文 | Gregorio Astengo
翻譯 | 苦山
校對 | 兔子的凌波微步
從信息圖到數字渲染，今天的科學家們已經可以隨時使用各式各樣的技術，以視覺方式傳達他們的研究成果。然而情況並非向來如此。格雷戈里奧·阿斯滕戈（Gregorio Astengo）對英國皇家學會（Royal Society）期刊《哲學學報》（Philosophical Transactions）的早期刊物中採用的創新方法進行了探究。《哲學學報》是世界上第一份科學期刊，刊中所採用的新型圖像製作形式，推動了17世紀圖書印刷技術的發展。
早期現代科學家面臨的最艱鉅的挑戰之一在於，為了向公眾展示他們的發現，需要設計出最佳的視覺表現形式。
在缺乏任何類型的自動可視化技術（如照相機或掃描儀）的情況下，16世紀和17世紀的自然哲學家不得不先是依靠繪畫，隨後則是木刻、蝕刻或雕刻，將實驗發現轉變為可複製、可供公眾取閲的演示畫面。
這是一項費力、昂貴、耗時而且經常出岔子的操作。圖像製作涉及到相關領域的數類人員，例如製圖員、雕版師和印刷工，幾方協商之下，最終的結果不可避免地需要在研究人員的意圖和印刷行業的能力之間達成妥協。例如，一幅繪圖可以通過陰影、薄塗和色彩上的細微差別來表達內容，印刷圖卻只能通過一個黑與白的二進制系統將其近似地還原，這是由沾墨的銅版對紙頁的壓力實現的。
在英國皇家學會成立早期，無法高效成像是個格外明顯的問題。皇家學會成立於17世紀60年代初的倫敦，至今仍被視為世界上最負盛名的科學研究機構之一。在最初幾十年的活動中，英國皇家學會確立了自己作為科學革命的核心力量之一的地位，其著名成員包括羅伯特·博伊爾（Robert Boyle）和艾薩克·牛頓。當時，學會成員每週聚會一次，討論正在進行的各學科研究，如物理學、數學、生物學、天文學、力學、地理學和古物研究學。
皇家學會成立後不久，就開始尋找新的方法來提高知名度和擴大公眾影響，由此出現了《哲學學報》，它是由同行評議的期刊，也是該類期刊中的第一份，刊內登載皇家學會每週研究會議的摘錄。該期刊由學會秘書亨利·奧爾登堡（Henry Oldenburg）於1665年創辦，至今仍在出版，被認為是歷史上第一份也是出版最久的科學期刊，因為相關投稿均是對自然和機械問題的原創探索研究的結果，而這些研究收到了學會的實驗文化的影響——這種實驗文化即是我們今天通常所説的“科學”的一部分。
《學報》以小四開格式（大約17x22cm）印刷，每期最多可印十幾篇文章，售價一先令，約合今天的5英鎊。《學報》是一份開創性的學術出版物，出版頻率極高，目標讀者羣體廣大，由各色好奇的研究人員組成。因此，特別是在最初幾年，它的撰稿人往往專注於如何通過可大規模生產的視覺媒介這一便利，來最好地傳達他們的想法和發現。
對該刊登載的部分文章進行細讀後，可以發現，自然哲學家們為了描繪世界，時刻準備着用嶄新（通常也很古怪）的策略對圖像的製作和閲讀行為進行重塑。這是一系列無休止的動手實驗的過程，經常會突破傳統印刷廠的限制。
1665年，身為藝術評論家、作家和英國皇家學會創始人之一的約翰·伊夫林（John Evelyn）把精確復刻這一問題正式提上了枱面。伊夫林對雕版畫的潛力和侷限十分敏感。他熱衷於收藏版畫，並於1662年出版了自己的《論雕刻》（De Sculptura），改編自亞伯拉罕·博斯（Abraham Bosse）的經典作品《線雕論》（Traicté des manieres de graver）。
《哲學學報》發行後不久，奧爾登堡發表了一篇由某巴黎來信者匿名寫給伊夫林的文章，描述了“一種當時在繪畫中現行的方法，可以通過用蠟來製作出更生動的自然畫像”。文章簡要介紹了利用蠟造型和蠟着色技術，忠實地雕刻自然標本和繪製浮雕地圖的方法。伊夫林認為，由此產生的模型比具象派繪畫更有説服力，而且十分逼真，“以至於它們扼殺了這門藝術的一切”。伊夫林在讚揚縮尺模型（plan-relief）具有説明性的潛力時，也指出了對科學再現性進行精密研究的必要性，這一方面是為了保存重要信息，同時也是邀請觀者更多地參與進來。
伊夫林並不是唯一一個關注新的有效成像方式的人。在1686年的前幾個月，第179期的《哲學學報》中出現了一張大型的彩色顏料表。可摺疊的表紙上涵蓋了128種色樣，都排在大型圖表上，並以多種語言按種類及名稱分類，顏料表之外還附有一篇名為《簡單及混合色彩目錄》（A Catalogue of Simple and Mixt Colours）的文章。
隨附的文章詳細描述了圖表中的每一種顏色。例如，“大青”（Smalt）是“由鈷藍釉和鍋爐灰在玻璃熔爐中一起煅燒製得”，而“鉛白（Ceruse）是由蒸汽煅燒法制成的鉛鏽”。這篇文章的作者是理查德·沃勒，他是英國皇家學會早期人員中最活躍的插畫家之一，他自己也在1691年至1693年間擔任《哲學學報》的編輯。沃勒製作色彩表的目的在於建立一個標準化的色彩視覺映射系統，繞過雕版畫的單色限制。
“因此，[沃勒提出]，要想描述一種植物，可以觀察哪一種簡單色或混合色和它最接近，隨即用該色彩對應的詞語來描述，假如讀者有意，可以查看他的表格，從中找到規律。”
換句話説，沃勒用這張顏色表為自然哲學家們提供了便攜式的色彩詞典，這是一個通用的參考系統，不需要實際塗出顏色，就能夠重現各種色彩間的細微差別。
沃勒可以説是英格蘭第一個提出撰寫自然色彩描述説明的人，他的文章也是《哲學學報》上第一篇也是唯一一篇使用彩色的文章。製作沃勒的圖表肯定特別複雜，因為每一個色樣都必須手工添加到幾百份期刊中。這期期刊的最後一頁還寫有對印刷工的明確指示：
“顏色表需插在此頁後，操作時應謹慎小心，期刊裝訂後需在摺疊的表格間插入白頁，以免諸色樣彼此粘連。”
對於17世紀的倫敦印刷界來説，學術期刊實質上是一種全新的形式，它為製圖者們帶來了全新的問題和機遇。沃勒的使用説明也證明了《哲學學報》的視覺資料的智識使命只有在與參與其製造的打印工人、裝訂工人和書商之間形成的關係中才能存在。這種合作的另一個例子是千分尺的插圖，千分尺是一種由威廉·加斯科因（William Gascoigne）發明的用於優化焦距放大和可測量性的天文儀器，1667年由數學家理查德·湯利（Richard Townley）在《學報》第29期中展示。
這篇文章的標題是《一種將一英尺分成上千個部分的工具》（An Instrument for dividing a foot into many thousand parts），文中還附有一幅雕版畫，原畫最初由機械師羅伯特·胡克（Robert Hooke）繪製。胡克是另一位非凡的17世紀研究者：1661年起，他擔任英國皇家學會的實驗負責人，並很快因其暢銷書《微圖》（Micrographia，1665年）而聞名遐邇，這本書讓我們第一次得以近距離觀察跳蚤和其他微小動物的解剖結構。
在他的千分尺圖中，胡克在該頁底部多印了一窄條，上面畫的是用兩個長螺栓固定的扁平木蓋。這個“可移動的遮蓋”是：
“需由書商從紙上沿記號線（xxx）剪下，並沿對應的記號線（yyyy）固定於圖1上方；通過將此遮蓋移開或折起，螺絲和瞄準具內部的複雜結構便會顯現。”
這枚“遮蓋”通過剪下並沿器械的一條邊緣黏合，固定到位，就變成了一塊可移動的活板。胡克設計了這種剪切粘貼系統，一旦由書商組裝好，讀者就可以“打開”千分尺。於是，這幅畫就像它自己的“紙製工具”一樣，以愈發真實的方式再現了原器具的物理屬性。
千分尺是佔據英國皇家學會研究議程的眾多科技產物之一，同樣在這一議程上的還有望遠鏡或顯微鏡等更為著名的發明。同樣，自動、精確地記下自然圖像的儀器也是鞏固皇家學會經驗主義使命的關鍵。在1670年出版的某期《哲學學報》的序言中，奧爾登堡對哲學家弗朗西斯·培根的名言進行了重新詮釋，用工具製造的比喻來表示通往普遍知識的進程：
“任何一隻粗野的手都能夠用圓規畫出一個圓圈，而它會比最完美的文人徒手畫出的圓圈還要完美。[……]藉助工具，我們也許可以找出如何用透視法準確又快速地畫出任何物體。”
奧爾登報在這裏所指的多半是透視繪圖儀（perspectograph），一種由克里斯多佛·雷恩於17世紀50年代發明的繪畫儀器，這篇序言寫就不久前，它剛剛在《哲學學報》上得到展示。雷恩自己就是一個繪圖大師：他是英格蘭第一個嘗試鏤刻凹版技術的人，很快就成為一位技藝高超的建築師，設計、主建了大量的工程項目，其中就包括聖保羅大教堂。他的設備是一個垂直的板子，上面用一個追蹤裝置連着一支筆，任何人都可以用它通過一個小孔沿着一個物體的輪廓畫透視圖。
雷恩設計這個裝置的目的是優化視覺呈現，甚至可能用於版畫復刻。在托馬斯·威利斯（Thomas Willis）的《大腦解剖》（Cerebri Anatome，1664年）一書中，雷恩繪製了極為出色的人腦圖，一般認為，他是用自己的透視繪圖儀直接在銅板上畫出的。
與這種裝置類似的是“羣線平行四邊儀”（Prosopographical Parallelogram），這是一種用平行線再現物體的儀器，1673年發表於《哲學學報》。這種機器的組成部分包括一塊垂直板，安裝在三腳架上，上面連着一個縮放器（一個鉸鏈平行四邊形）。縮放儀的一個頂點上裝有一根指針，對角上則固定了一支鉛筆，用以在板上畫畫。通過讓指針沿着原型的輪廓移動，鉛筆將會在板上自動勾勒出一比一大小的倒置“立面圖”。
雷恩的透視繪圖儀能夠輔助透視視圖的自動繪製，就像現代攝影一樣，而平行四邊儀則如同早期現代的掃描儀一般，能夠繪製出可測量的圖形。因此，這些器械的發明意圖與沃勒的色彩表並沒有太多不同。這些項目的核心在於尋找方便而精確的圖片複製方法——簡而言之，以製作“更生動的畫像”。
事實上，即使是像透視法和平行繪圖這樣獨特而悠久的傳統方法（也就是那些器械理應將其機械化的方法），也可能因為圖片註釋的緣故而彼此交織。一個應景的例子是北愛爾蘭的巨人堤道（Giant’s Causeway）的插圖，在1694年的第212期《哲學學報》上，它有史以來第一次出版。這張插圖是由雕版師埃德温·桑迪斯（Edwin Sandys）根據杜布林納·克里斯多佛·科爾（Dubliner Christopher Cole）的現場繪圖製作的。這幅畫描繪了北愛爾蘭著名海岬的鳥瞰圖，前景則詳細描繪了海岬天然的岩石結構叢。
突兀的是，這張照片的視角中心不對稱且奇怪地傾斜，介於中景和遠景之間。事實上，科爾的繪圖是將一系列不同視角的圖畫結合在一起，形成了一幅畫。牧師塞繆爾·弗利（Samuel Foley）為插圖附了一段簡短的描述，他評論稱科爾：
“並沒有把這條堤道畫成風景畫，也沒有把它畫成俯視圖或平面圖，他認為這不能滿足他的設計，而除了‘草圖’（draught），他沒給這圖想出別的名字，因此他就這麼稱呼它：他將丘陵和堤道縮影為同樣的高度和大小，如草圖所示，而這正是他所認為的最明白易懂的表達方式。”
有人指出，為了得到這幅壓平了的圖，科爾繪製了兩或三幅不同的地形全景圖，隨即將它們整合到他最終的成稿中。這既不是“風景圖”，也不是“俯視圖”或“平面圖”，既不是圖解，也不是繪畫，既不是地圖，也不是透視圖，而是介於多種形式之間的一種產物，是一種選擇多個視角重新排列後的古怪集合，目的是為了儘可能綜合地表達此處的地形特徵，乃至於損害了它的現實性。
事實上，由於其逼真性有限，最終的結果並不令人信服。愛爾蘭物理學家托馬斯·莫利紐克斯（Thomas Molyneux）此後不久就因其在《哲學學報》上發表的精確繪製駝鹿角的圖畫而被選為英國皇家學會會員，對他來説，科爾並不是“非凡的藝術家”，而這種獨特的岩石構造也仍需得到更恰當的呈現。為了糾正這一問題，1694年，埃德温·桑迪斯受委託就巨人堤道為主題畫了一幅全新的、更大的《真實風景》。
在桑迪斯的插圖中，自然環境顯得更加傳統，岩石峭壁、建築和居民都處於一種更加傳統的景觀視圖中。然而，科爾正是通過他那非傳統的技術，在第一幅畫中成功地介紹了堤道玄武岩柱那獨特的物理特徵，而這種獨特性在桑迪斯的版本中部分地遺失了。科爾不同尋常的構圖引起了如莫利紐克斯等自然哲學家的注意，幾年後，莫利紐克斯繼續對此進行探究，並向《哲學學報》寄去了一篇文章，進一步描述了他對堤道的觀察。
科學史學家史蒂文·沙平（Steven Shapin）認為，在17世紀後期的科學界，“純粹信仰向正確知識的轉化被認為是由個人的感知和認知向集體文化的變遷”。作為明確設計為培養追逐積累知識的學者網絡的渠道，早期的《哲學學報》是探索實驗者和公眾之間的信息“運輸”的理想舞台。
與傳統的視覺輔助工具相比，顏色表、可摺疊的紙活蓋或多視點的全景圖等非傳統視覺產品提供了“更生動的畫像”，因為它們給出了有效收集、整合和傳播視覺數據的新範式。在這樣做的同時，它們也挑戰、提升了生產和發放自身的必要技術，如雕版和版畫復刻。
它們可以被看作是創新科學成像傳統的早期實例，這種傳統如今廣泛表現在一系列重要技術中，例如用於增強天文和顯微鏡成像的紅外線或紫外線攝影；用於勘探、地形描繪和地質學的攝影測量術和3D掃描；以及例如等時線圖、圖表和圖解等種類的信息圖。
本文轉載自微信公眾號“利維坦”。原文：publicdomainreview.org/essay/more-lively-counterfaits
本文基於創作共同協議（BY-NC），由苦山在利維坦發佈。