科學與藝術結合的典範：西方繪畫中的運動
一幅畫最優美的地方和最大的生命力就在於它能夠表現運動，畫家們將運動稱為繪畫的靈魂。
——拉瑪左（16世紀畫家）
林鳳生（上海大學教授，《自然雜誌》編審）
要在平面的畫中表達人(物)的運動是一件讓人困惑的難事，但是經過千百年來畫家的不懈努力和探索，找到了一些有效的表達方法。近些年來科學家們發現畫家通過經驗和技巧取得的畫面的運動效果和對觀者的感染力，採用的技法竟與心理學、視覺神經科學、腦科學的諸多原理不謀而合，這實在算得上是一則科學與藝術聯姻的佳話。在本文中筆者將對此話題做一番梳理，以期引起讀者對它的關注和興趣。
1 運動的世界和有動覺的畫面
我們生活在一個運動的世界裡：地球在轉動、太陽在運動；樹木在生長、花開花落、雲聚雲散；光明與黑暗交替；某種形態出現又消失；體驗這一切的人類也在經歷不斷的變化。人對客觀世界裡人(物)運動的知覺主要來自三個方面：一是視覺感受，任何表示空間關係的光學元素，如大小、形狀、間隔、顏色、亮度和清晰度等等的變化，都暗示著運動，它們會讓觀察者視網膜上的映像發生連續而有規律的變化，由此產生周圍事物運動的知覺。二是觀察者自身的運動感，也就是他的眼睛、四肢與頭部的動覺，使他能直接感受周圍的變化。三是觀察者的經驗、記憶以及對周圍事物性質和規律的理解。人對客觀世界運動的認識主要是綜合了上述三方面的信息，這是一個頗為複雜的生理、心理過程。
古、今畫家想在靜止的畫面上表現運動，讓觀賞者體驗到動感，就是通過繪畫技法來刺激和欺騙觀者的視覺與頭腦，產生畫面運動的錯覺。要做到這點顯然比較難，正緣於此，故極具挑戰性。16世紀畫家拉瑪左在《論畫》里說：「一幅畫最優美的地方和最大的生命力就在於它能夠表現運動，畫家們將運動稱為繪畫的靈魂。」[1]達芬奇也說過：「如果在一幅畫的形象中見不到（運動）這種性質，它的僵死性就會加倍。」[2]為此，孜孜不倦地尋求畫面的動覺是古、今繪畫大師們夢寐以求的願望，也因此創造出一些有效的、與科學原理契合的好辦法。本文將對此做一番鳥瞰式的介紹。
2 運動的寫實畫法
把見到的人（物）運動用寫實的畫法記錄下來，是一件說起來容易做起來難的事。因為運動是一個在時間－空間里展開的、位置不斷變化的過程。而繪畫只是一門空間藝術，沒有辦法表示時間的流逝。為此古、今的畫家就自然地想到選取一些突出的、典型的動姿或場景，把它們畫出來。讓動感的畫面激發觀者的心理暗示和聯想，對畫中的人（物）產生栩栩如生的動覺。
瞬時定格
在某個人（物）的運動過程中，截取其中的一個片斷，賦予它永久清晰的畫面是表達運動最常見的做法。因為在這一瞬間，被定格的畫面雖然是靜止的（我國古代就有「飛鳥之影，未嘗動也」的說法），但包含著動態，它是某個連續運動的瞬間狀態。觀者見到這個畫面憑著經驗和記憶，自然地想起那一瞬間的前前後後，於是大腦便會把它們聯繫起來產生運動的知覺。圖1是公元前1600年，出土於古希臘克里特島的一個匕首的劍套，裝飾的畫面動感強烈，可知早在公元前的邁錫尼文明裡古人已經熟悉這樣表達運動的畫法了[3]。事實上，在這一類的作品裡，不難發現畫中人（物）的動作幅度常常被誇張了。這與畫家的主觀意願有關，他們想在平面的畫上展現出人（物）的動姿，覺得只有加強它的運動力度才行。就像著名美學家阿爾海姆在評論法國畫家熱里科（1791—1824）的名畫《埃普瑟姆賽馬》時說：「好像在繪畫中只有將馬腿分離到最大限度，才能將激烈的物理運動轉換成繪畫的運動力。」[4]圖2就是這幅名畫《埃普瑟姆賽馬》，畫了4位騎手策馬飛奔，馬匹四蹄騰空前追後趕，場面熱烈扣人心弦。但過了50年，頻閃照相機發明後，攝影家麥布利基通過連續攝影拍攝了馬的奔跑，與畫對照發現沒有一匹馬的跑姿是畫對了！然而，後來有畫家完全按照照片的動作來畫馬，但寫生的作品卻不能被觀者認可，覺得馬的動作怪怪的，看來用誇張的動作來暗示運動的畫法是深入人心的。
圖1 公元前1600年，出土於古希臘克里特島的一個匕首的劍套，裝飾的畫面動感強烈
圖2 熱里科（1791—1824）的名畫《埃普瑟姆賽馬》
構思動感場景
與瞬時定格表達某人(物)的運動不同，場景需要畫家的精心構思，以用來敘述一個比較複雜的故事情節。不僅要畫出每個個體的動姿，還要渲染當時的場景和態勢，故更具運動性和感染力。
西方繪畫的創始者、義大利畫家喬托（1267-1337）在帕多瓦的阿雷納禮拜堂的一組濕壁畫是早期宗教畫中最為生動、形象的傑作，它敘述了基督從死亡到復活的一系列複雜的故事。畫中可以看到畫家處心積慮里構思和安排。圖3是其中的一幅。在畫中可以看到：從十字架上放下來的基督被稍微抬起，傾斜的軀體和柔軟的胳膊隱喻著他的生命尚未終結。而從他的頭部開始，沿著山脊漸次上升的斜線最後到達右端，並通過向空中散開的樹枝暗示了基督的軀體將升華到空中與宇宙里的大氣融為一體。《聖經》里的人物在畫中都得到了恰當的安排。聖母瑪利亞撫摸著基督受傷的雙腳，悲痛欲絕。聖約翰張開胳膊，用不同尋常的姿勢表達心裡的絕望和悲慟，二位年長的聖徒站在右邊默然哀悼，而左邊瑪利亞的侍女們失聲痛哭……盤旋在天空中的天使們哭喊、翻騰發泄著滿腔的悲憤。整個畫面把這個大家熟悉的宗教故事演繹得生動形象，惟妙惟肖。觀看畫作的信徒們由於對故事爛熟於心，在觀畫的時候還會產生豐富的聯想，覺得畫中的人(物)都活靈活現、充滿動感。西方經典繪畫里的名作如達芬奇的《最後的晚餐》、米開朗琪羅的《最後的審判》都是這樣的曠世傑作。
圖3 喬托（1267-1337）在帕多瓦的阿雷納禮拜堂的一組濕壁畫之一
速寫、疊影
18世紀發明的攝影技術給傳統的西方繪畫帶來了衝擊和新風。攝影是通過極短時間的曝光，把某個瞬間的畫面定格並記錄下來。這種快捷的手段無疑遠勝於傳統的繪畫，所以帶有速寫的特徵：草率、沒有完整的構圖、人物來不及擺好pose的畫面可以給觀者一種匆促、運動正在進行或即將展開的感覺，影響了當時的畫家[5]。印象派大師德加的作品裡就可以明顯看出攝影的諸多特點，因為他本人就是一位攝影達人。圖4是德加作品《賽馬，騎師先生》，畫面描繪了比賽即將開始的一刻，極具動感。
圖4 德加作品《賽馬，騎師先生》
時間到了20世紀，高速頻閃照相機和可以多次曝光的底片問世後，攝影者可以通過連續曝光，在一張底片上留下運動的人（物）在連續不同位置上的影像，很好地記錄了人（物）的整個運動過程和細節。英國攝影家穆布里奇和法國生理學家馬雷是這方面的行家，他們發表的許多作品把人（物）的動態表達得淋漓盡致，當然這會影響到包括繪畫在內的其他藝術。
差不多就在這個時候，西方文化藝術界里興起了一個致力於表達物體動態的藝術學派——未來派。為首的是法國詩人菲·馬里內蒂。1910年，他們發表的《未來主義繪畫宣言》提出：「應該把萬物運動論運用到繪畫之中，使作品生成一種動態感。」[6]兩年後，該學派成員、義大利畫家巴拉（1871~1958）創作了一幅最著名的未來主義作品《拴著皮帶的小狗》，畫中畫著一位夫人裙子底下有許多隻腳，小狗不僅也有好多隻模糊的前腳後腳的影子，而且搖擺的尾巴變成了十幾條影子。這種把走路的人和狗畫成一連串疊影的影子，顯然受到了攝影連續曝光作品的影響。後來這樣的畫面屢見不鮮。圖5是巴拉的另一幅名作《在陽台奔跑的女孩》，畫中可以感受到他繪畫的特點。在現代pop藝術和廣告藝術中至今還可以常常看到類似的創作手法。但是未來主義畫家並不認同自己的創意是受了攝影藝術的啟發。因為早在阿爾塔米羅洞穴中發現的原始人所畫的奔鹿就有著許多條腿。而在古希臘的浮雕中也看到過拉戰車的奔馬長著許多條腿……事實上，不管未來派畫家承認與否，照相機的發明確實為眾多畫家提供了一種形象意念的工具、構圖的實驗方法，乃至創作靈感的泉源。
圖5 巴拉名作《在陽台奔跑的女孩》
3 視錯覺產生動覺
人的視覺是一個複雜的生理、心理過程：從眼睛獲取的視覺信息經過篩選傳遞到大腦的視覺皮層，還要經過大腦的分析比較，才能判斷得到結論。所以在這一系列過程中，視覺信息要損失大半，視錯覺便不可避免。例如在視覺中常見的馬赫帶效應、瀑布效應等等都是一些視錯覺,在真實的世界裡並不存在這樣的光學現象[7]。
莫奈是最崇尚寫生的西方畫家之一，在他的許多作品裡,觀者感覺到的波光粼粼的水面,風中搖曳的花草,那種靜中有動之感,都是由畫家的技法與視覺生理的機理聯袂形成的。原來人的視覺系統有點像立體聲音響，通過兩條平行通道來傳遞視覺信息：一條是小細胞系統，主要把色彩信息通過視神經傳送到大腦視皮層的V4區等；另一條是大細胞系統，主要把空間位置、形狀、運動等信息通過視神經傳送到大腦視覺皮層的V2區和中顳葉（MT）等。大腦把兩方面的信息有機融合起來，產生了完整的視知覺。如果前一條視覺通道出了故障，人就成了色盲。如果後者出了問題，問題更糟糕。看出去的世界都是靜止的，連穿馬路都會有困難[8]。圖6所示的《紅與綠圖案》由於色彩斑斕，激發了小細胞的興奮，所以我們能夠感知圖案的色彩；但是負責運動和體視的大細胞對顏色不敏感，亮度相等的兩種顏色對它來說就是均勻一片，所以我們難以判斷圖案的位置、形狀，並覺得圖像有點飄忽不定。
圖6 《紅與綠圖案》
圖7是莫奈的名畫《劍蘭花叢》，畫的是一個初夏的上午，陽光明媚，鮮花盛開，一位女士駐足觀賞，一派愜意的園林風光。由於女士撐著的太陽傘有一條白色的輪廓，與周圍的色彩產生強烈的反差，所以觀者能一眼看清楚她的位置（大細胞作用）。但是，在畫面右側，彌望的是綠色和嫩綠色的葉子，密密地點綴著嫣紅的劍蘭花，有裊娜地開著的，也有含苞欲放的。由於綠葉、紅花的色彩亮度處於平衡狀態，故大細胞不作為，所以花朵的位置顯得模糊不清。倘若觀者定神端詳一會兒，還會覺得好像有一陣微微的風吹過，花朵有了一絲顫動。這是因為觀者的眼球在不斷的運動，視網膜上的映像不斷移動產生的效果也！翩翩飛舞的舞蝶更增加了畫面的靈動。
圖7 莫奈的名畫《劍蘭花叢》
4 心理暗示產生的動覺
眾所周知畫中的人(物)是靜止不動的。觀者在看畫時覺得它們在運動，實際上是心理作用使然。觀者把自己以往的經驗融入到畫中，見到水流或奔馬，就會讓它們與運動聯繫了起來。儘管觀者根本沒有感知到水流或奔馬的「動」，但心理作用會把運動的觀念強加給它們。關於這一點，瑞士心理學家魯奧沙赫的「動感反應試驗」很能說明問題。他在白紙上給出形態各異、結構模糊的墨跡讓觀者看。由於各人的文化背景不同，觀者便會產生不同的聯想，自動地選取最適合於自己心理狀態的解釋。心理學家認為這是大腦對「知覺刺激」激發起的、與生理活動相適應的心理對應物[9]。
事實上早在公元前，古希臘哲人亞里士多德就說過：「在所有能夠造成運動的形象里，火焰的形狀是最具有動感的視覺形象。」格式塔心理學還告訴我們，類似契形的圖形、忽亮忽暗的點的軌跡、若干部分被遮掩的具有動姿的人(物)、彎曲的海岸和起伏的山巒展示的光滑的曲線等等都會讓人產生動覺。此外顛覆我們日常生活經驗的構圖，也會讓人產生不平衡和運動感。例如把平直的空間畫成傾斜，把巨大的重物畫在半空之中而且沒有支持，那麼不安定的心理感覺立馬就隨之而來了。基於這些觀念，未來派畫家又作了許多創造性的探索。巴拉的作品《汽車與雜訊》系列一共畫了50幅畫，畫中沒見到一輛汽車，而是用交織的線條表現出發動機的膨脹與噪音，曲線則代表了空氣運動和相對速度的印象（圖8）。巴拉說：「物體高速運動時，其他一切也跟著運行，汽車衝過去，穿入其他一切，打碎原子，留下一片震蕩。」
圖8 巴拉的作品《汽車與雜訊》之一
然而，畫家們在實踐中發現，用顏色來表達畫面中的運動格外引人入勝，絢麗多彩。吉.凱普斯說：「以真正圖畫來表示運動最逼近的方法是利用顏色來組織畫面。顏色的來源是光線。圖畫上的顏色有回到它的來源的固有趨勢，因此運動是顏色的固有屬性。」[10]德國畫家索尼婭·德洛內（1885~1979）和她的丈夫羅伯特·德洛內（1885~1941）是這個畫派的代表。
他們說：「藝術造型就是運動。」[11]索尼婭是個孤兒，從小由舅舅撫養，後來嫁給了一個畫商。1910年，她在畫展上與羅伯特不期而遇，兩人一見鍾情，結為伉儷，成了藝術史上的一段佳話。他倆的繪畫風格和藝術主張都十分接近，希望通過色彩來組織畫面：用不同色塊畫成的圓環或半圓環等，使不同比色的畫面產生一種類似向心力的效果，忽上忽下忽左忽右地移動，吸引觀者的眼球動態地進入畫中，好像自己隨著顏色的內在空間的方向移動。觀眾說看這樣的畫感覺好像停不下來，就像不停轉動的陀螺一樣只有在運動里才能找到平衡。圖9是索尼婭·德洛內的《環形：太陽，第三號作品》表達了光線在自然之中創造出色彩的運動……事實上，在現代的許多抽象畫派，包括波洛克的滴畫和米羅的超現實主義作品裡，觀者可以感受到畫中洋溢著流動感都與線條和色彩激發的心理暗示有著緊密的聯繫。
圖9 索尼婭·德洛內的《環形：太陽，第三號作品》
5 科學與藝術結合的典範
隨著科學對繪畫研究的深入和普及，上世紀中葉，西方藝術界在科技革命的推動下，興起了一種利用光學和色彩的變化對視覺產生強烈刺激的繪畫風格，稱為「光效應藝術」或「歐普藝術（Optical Art）」，事實上，像這樣的畫不懂畫法的人也可以搞，但關鍵要有靈性。圖10是該畫派的創始人瓦薩雷利的作品「Vega-Pal」表達了一個與周邊世界有連帶關係的膨脹球體：幻覺和動感的效果從大量按序列漸變的圓形中產生；中心突出的畫面帶來凹凸變化，產生強烈的三維視幻效果；作品藉助色形漸變，讓這個巨大的球體產生流動的感覺。瓦薩雷利（1908~1997）出生於匈牙利，曾在布達佩斯的桑德爾學院學習現代藝術。1930年移居巴黎，致力於繪畫研究。這種光效應藝術在廣告、影視、建築等領域大有用武之地，故一度風靡歐美消費藝術市場。評論家認為：「在科技時代里將理性思維帶入藝術領域，是瓦薩雷利作品的重要價值。」[12]
圖10 瓦薩雷利的作品「Vega-Pal」
6 神經美學正在悄然走熱
在上面的文字里，筆者已經對繪畫作品裡出現的運動感覺的主要流派做了一番梳理，並對他們作品裡與視覺神經科學、腦科學和心理學的契合做了簡單的說明，當然這些討論有點先入為主，只能算是一種定性研究。不過，本世紀以來這種情況有了根本的改變。隨著計算機技術、核磁共振、腦成像技術等現代科學的發展，科學家已經可以通過這些技術觀察到觀賞者在欣賞藝術品時候的大腦活動和變化，從而對美感的研究不再依賴於對觀者的心裡活動的估算上，而是建立在用現代計算機技術跟蹤，並得到的切實可靠的數據和圖像資料上。
英國皇家學會會員、倫敦大學教授Semir Zeki是一位很有造詣的神經科學家，又熱愛美術。為此他在研究中常常喜歡用一些世界名畫作為例證，取得了很好的效果。他利用現代技術對觀賞者在觀看動態畫面時的大腦視覺皮層的反應做了詳盡的描述[13]。差不多同時，美國哈佛醫學院的神經生物學家Margaret Livingstone在美國《科學美國人》雜誌上[14]，對達芬奇、莫奈等繪畫大師的名作從科學的視角展開研究，並在2006年出版了專著「Vision and art: the biology of seeing」（《從生理學的角度看視覺和藝術》）。
如果說以上二位科學家兼美術愛好者對神經美學做了一些開創性的工作——主要用科學的原理來詮釋繪畫的視覺效果——那麼近年來「神經美學」的研究又有了新的突破。
近見英國牛津大學出版社出版了二本神經美學新著：一本由美國賓西法尼亞大學教授Anjan Chatterjee所著「The Aesthetic Brain：How we evolved to desire beauty and enjoy art」（《審美的大腦：我們如何養成渴望美感和享受藝術的情趣》）。另一本是由神經科學家Arthur Shimamura撰著的「Art：In the brain of the beholder」（《藝術：在觀賞者的大腦里》），介紹了神經美學研究的新動態。例如，為什麼觀賞者對藝術品如同對美食一樣有自己的個性，有人喜歡達芬奇，也有人酷愛莫奈。科學家通過視像實驗觀察，發現各人的大腦的興奮部位有所不同，這也許可以解釋這一難題。又如神經生理學家Chatterjee記述了一次有趣的實驗，義大利米蘭大學的Cattaneo對12名志願者採用電極提供的小電流刺激他們左背外側前額葉皮層（DLPFC）——大腦區域感情中心，發現可以激發受試者對經典的具象繪畫的好感，但是對於現代派作品和抽象畫卻沒有任何作用。「（觀賞具像繪畫時）眼前好像有一層玫瑰色，看了讓人覺得愉悅。」一位志願者如是說。[15]
這些研究和得到的結論，現在被稱為「神經美學」，它不僅對繪畫的視覺效果作了科學的解釋，還可以對大腦和視覺神經疾患的發病機理和治療手段有很大的幫助，所以這是一個方興未艾的新領域，讓我們期待著它的新成果。
參考文獻
12. 魯道夫?阿恩海姆,滕守堯譯．藝術與視知覺．四川人民出版社，1998．
3. 貢布里希, 范景中等譯．藝術的故事．廣西美術出版社，2008．
4. 魯道夫?阿恩海姆,滕守堯譯．藝術與視知覺．四川人民出版社，1998．
5. 貢布里希, 范景中等譯．圖像與眼睛廣西美術出版社2013
6. 傑拉爾德.霍爾頓.運動的概念.文化教育出版社.1980.
7. 彭聃齡．普通心理學(第4版)．北京師範大學出版社，2012．
8. Margaret Livingstone , David Hubel ．Visionand Art: The Biology of Seeing, Harry N. Abrams, Inc. 2008．
9. Eliane Strosberg Art and Science :Abbeville Press Publishers:2001
1011. 傑拉爾德.霍爾頓.運動的概念.文化教育出版社.1980.
12. 安東尼.馬松,韓文佳譯.沃霍爾時代.北京出版社.2005
13. Semir Zeki The neurology of kinetic art :Brain 1994,117
14. Margaret Livingstone Art, Illusion and the Visual System :Sci Am Jan 1988 (1)
15. Anjan Chatterjee. New scientist 2013-10-21
本文原題為《西方繪畫對運動的描述和它的科學基礎》，原載於《自然雜誌》，曾榮獲 「第二屆世界華人科普短篇獎佳作獎 」。《賽先生》獲作者授權獨家首發於電子媒體，發表時經再次修訂。
投稿、提供新聞線索、轉載授權請聯繫：iscientists@126.com
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