鮮為人知的秘密：光學器材如何助力西方寫實繪畫

文史 06-05

藉助光學器材作畫的絕非維米爾一人，參與者還有很多，其中不乏名家大腕，如楊·凡·埃克、霍爾拜因、倫勃朗、哈里斯和委拉斯開茲等等，幾乎貫穿了15世紀之後的西方繪畫史。

林鳳生（上海大學教授，《自然雜誌》退休編審）

1 透視法催生光學器件

眾所周知，西方寫實繪畫開始於文藝復興時期。而作為寫實繪畫技法基礎的透視法也是在這個時候產生的。當時擔任佛羅倫薩大教堂總建築師的布魯內斯基覺得要把自己的構思先畫成草圖告訴施工人員，必須要建立一套系統的透視畫法才行（「透視」源於拉丁動詞perspicio，即清楚地看到，仔細看的意思）。大約在1420年，他通過實驗發現了透視規律：布魯內斯基打開了教堂的一扇門，站在室內可以看到門外的廣場，街道和已經竣工的「洗禮堂」。以門框為界不就是一幅風景畫嗎？他發現建築物尺寸的縮小與它們離開觀察者的距離是成正比例的。又經過他耐心仔細的觀察，布魯內斯基發現了當我們用單隻眼睛觀察街道時，隨著街道的後退，兩邊鱗次櫛比的建築物的遠離，建築物和樹木的高度會漸次變小……布魯內斯基用直線把各個建築物和各種樹木的相應的頂點分別連起來，並把連線向遠處延伸，確定這些直線將交會於一點，這一點即稱作「消失點」或「滅點」。

透視規律的發現對寫實繪畫起到了至關重要的作用：以前畫匠只知道「近大遠小」的道理，但是不知道遠處的人（物）應該縮小到什麼程度才算是恰當的。有了透視法掌握起來就容易多了。但是，透視法則要藉助數學，不易被廣大畫匠掌握。經德國畫家丟勒等人的努力，發明了「透視窗」，即通過一個透明的紗幕（上面有細繩組成的方格），來觀察繪畫對象。然後在畫板上畫上同樣的方格，藉助方格來臨摹紗幕上的影像，顯然要比徒手寫生容易得多。這種畫法有點像我國畫人像用的九宮格。由於有了這些器具，透視畫法在西方流傳起來並成為傳統，可以說如果沒有透視學也就沒有西方500年光輝燦爛的經典繪畫史。

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圖1 丟勒著作《透視學》中的木刻插圖

圖1是丟勒著作《透視學》中的木刻插圖，形象地說明了利用「透視窗」來實現透視畫法。後來類似的透視器件悄悄地在行業內流行起來了，圖2是當時畫家使用的一種「取鏡器」，原理有點像照相機，當把鏡頭對著外面的景物，後面的玻璃片上就會映現出景物的倒像，用它可以幫助畫家取景和布局。圖2所示的取景器據說還是畫家倫勃朗用過的原件呢[1]！

圖2 這個取景器據說是畫家倫勃朗用過的原件

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2 破解「維米爾之謎」

2001年，英國牛津大學出版社出版了英國公開大學教授斯特德曼的著作《維米爾的照相機》，對17世紀荷蘭大畫家維米爾（Johannes Vermeer ，1632-1675）是否藉助「暗箱」來作畫，作了極為深入的研究[2]。為什麼維米爾會成為藝術史家關注的目標呢？因為維米爾是一位生前窮困，死後蕭條，直到許多年以後由於法國藝術史家托雷的發現和重新評估，才一時名聲大噪，廣為人知。所以他的生平有點神秘兮兮，格外引人注目。維米爾確實畫得好，他以創作具有風俗性質的室內畫最負盛名。他的畫尺幅較小，沒有多餘的道具和背景，用色亦很簡單，但通過對光的運用給人一種異乎尋常的寧靜和安詳。正是這種平淡的意境，令世界上無數粉絲為之傾倒。

維米爾作畫相當緩慢，一生只創作了34～38幅作品，而且尺寸比較小（通常只有2張A4紙大小）。他沒有收過學徒，也沒有留下任何有關於畫畫的文字記錄和草圖，因此受不少人猜測：他可能使用了一個被稱為「暗箱」的光學設備來幫助他構圖確定寫生對象的位置。

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圖3 維米爾作品《繡花女工》

圖3是他的作品《繡花女工》，這一幅被印象派畫家雷諾阿稱讚為畫得「最美麗的女子」的作品，無論是女子的神態，還是各種布料和道具，都描寫得異常精緻細膩，好像是用高精度照相機拍攝的一般，特別是那些閃閃發光的小珠子的反光亮點，如果不是光線通過了鏡頭會聚，亮點不會那樣的集中和明亮。正是由於這些原因，近一百年來，對維米爾用暗箱作畫的猜測存疑至今。

斯特德曼教授的研究手段當然要現代化得多。他用X光檢查了維米爾的個別畫作，發現塗面下方並不是油畫的初稿或素描，而是用黑色和白色勾畫的圖像輪廓。這對維米爾用暗箱作畫一說提供了有力的支持。

為了說明這一點，筆者對「暗箱」作些解釋：當畫家要寫生房間里的室內景象時，可以把相鄰的房間布置成暗室，並在中間的隔牆上開孔安裝一枚凸透鏡，鏡後放一塊畫板。於是，室內明亮的光線就會通過透鏡在畫板上投下一個倒立的像，調節畫板與透鏡之間的距離（即照相術里稱的「像距」），可以在畫板上獲得比較清晰的像。此時畫家要動作敏捷、趕快用黑、白線條把景象的輪廓描摹下來。輪廓勾好後，「暗箱」也就大功告成了。接下來，畫家可以回到明亮的房間里重新架起畫板，細細觀察房內的人和物，氣定神閑地描畫了。因為畫板上的輪廓線已經能夠在二維平面上極其逼真地表現出三維空間的景象，這對當時不能嫻熟運用透視法的畫家來說無異有了一個獨門秘笈。知道了「暗箱」的工作原理，讀者不難掂出這次X光發現的份量。

斯特德曼作為建築學教授還注意到維米爾的許多畫作都是以同一間房為場景的，這就是維米爾的寓所（19世紀被拆）。據他估算，這間房的一面牆上應該有3扇大窗，而維米爾的作品裡通常只出現1到2扇窗子，所以他認為第3扇窗對應的空間就應該是畫家的暗室或者放「暗箱」的地方[3]。

他認為維米爾的作品十分嚴格地遵循了繪畫中的透視原則，如果不是不藉助了「暗箱」，是難以如此精準的。為此斯特德曼還做了模擬實驗，他以1/6的比例搭建了維米爾家的場景，複製了人物和道具，逐一還原出維米爾畫中的景象並拍攝照片，把照片與油畫對照，二者相當一致。應該說，一切研究結果都支持維米爾藉助「暗箱」來作畫的說法。

3 霍克尼的新發現

本世紀初英國畫家大衛·霍克尼（David Hockney，1937- ）對於這一個老話題又有了新的重要發現。霍克尼是最著名的現代畫家，與波普藝術大師安迪·沃霍爾相熟，他看到沃霍爾藉助投影機來畫人物的頭像，即把人物的圖像投影到畫板上，然後依據畫板上的陰影來勾線，所以勾起來流暢而且自信。這讓他想起在美術館參觀19世紀畫家安格爾的素描時，大師的線條也是那樣的流暢而且自信。受過長期專業訓練的霍克尼知道，用「裸眼」直接觀察寫實時，要確定對象的輪廓相當困難，需要不斷模索，會在畫上留下試探性的筆觸，如果有了依據，線條就乾淨利索多了。正是這個發現導致霍克尼對這一問題的關注。

於是，霍克尼把數十幅14世紀以後的西方著名的寫實繪畫作品的電子印刷品掛在自己畫室的一面長達21.5米的牆壁上，空閑的時候隨便看看，居然有了不少新發現：有些大師的人物作品，頭部和身材的比例明顯失調，可能是畫家只是在畫頭部的時候用了器材的緣故；又如，在15-16世紀的部分畫家（如：楊·凡 ·愛克、莫尼羅等等）的作品裡，不僅僅是人物的輪廓線畫得非常準確，連人物服裝上的花樣和衣料的褶皺都絲絲入扣，描繪得與真實事物十分吻合，水準遠遠高於同時代的其他人，因此推斷他們應該是用了光學器具，否則是做不到的。又如在《繡花女工》（圖3）里，他發現前景中的布料和更靠前面的椅子的結構顯得模糊。這是因為光學鏡頭有一定的鏡深，前景中的部分景物已經有點跑焦了——為維米爾使用暗箱又添加了一個佐證。當然霍克尼最重要的發現是：藉助光學器材作畫的絕非維米爾一人，參與者還有很多，其中不乏名家大腕，如楊·凡·埃克、霍爾拜因、倫勃朗、哈里斯和委拉斯開茲等等，幾乎貫穿了15世紀之後的西方繪畫史（當然也有明顯不使用器具的，如米開朗琪羅和布魯蓋爾）！下面是兩個使用光學器具輔助作畫的典型例子[4]：

比維米爾早了1個多世紀的霍爾拜因（Holbein，1497-1543）是一位與丟勒齊名的德國畫家。在他36歲時的力作油畫《大使》中，可以清楚地見到使用光學器具的痕迹。《大使》是一幅人物畫也是歷史畫（圖4）。

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圖4 霍爾拜因作品《大使》

畫的左邊站著法國君主弗朗索瓦一世派往英王亨利8世宮廷的大使讓·德 ·丹特維爾（他就是這幅畫的贊助人），站在右邊的是他的朋友喬治·德 ·塞夫爾主教。這幅畫記錄了這樣一段歷史：塞夫爾主教受法國天主教會的委託，來訪英國與大使秘密會見，試圖調解新教與天主教之間日益嚴重的分歧。由於這一事件與英國皇家的婚姻問題相關，所以畫中許多道具都有一定的隱喻：在數學書打開的一頁上的頭一個詞是拉丁文「分割」；那一本讚美詩是著名的德國新教出版物,它被翻開到與有爭議人物路德本人有關的那首讚美詩；而魯特琴上斷了的弦以及長笛盒中丟失了一支長笛的事實都說明了失調和不和諧[5]。

請讀者留意，在兩人之間可見一片呈對角線狀的東西——在整個畫面中最具衝擊力的——是視覺上最不協調!這是什麼「勞什子」？如果觀者貼近畫面沿著對角線的方向觀察，嘿！那是一個放大了的，以扭曲變形的方式畫出來的頭顱骨。在丹特維爾的軟帽上，我們可以看到這個顱骨原來的形狀。那麼霍爾拜因為何要在畫中添加這樣一個扭曲的顱骨圖像呢?

顯然這樣變形的顱骨是非常難畫的，要畫得精準只有一個辦法，就是利用斜方向上的光投影原理：設想把這個顱骨圖像貼在玻璃窗上，當陽光斜向入射時，在牆壁上就會留下它清晰的影子，只要依樣畫葫蘆把影子描下來就可以了。霍克尼用電腦對畫中的變形圖像進行逆處理，果然非常精準地還原出了顱骨的正常圖像。

正是這一個極少出現在繪畫中的變形圖像暴露了畫家使用光學器具的事實。他這樣畫也許要藉此炫耀畫技，或者想說明自己有著「獨門武器」。關於這一點，畫家在作品裡表現得淋漓盡致：背景里的魯特琴、地球儀等等形狀不規則的物體，一般畫家都避之不及，但是他不僅畫了，而且一絲不苟，非常準確。這恐怕就是德國人的性格使然吧！

比維米爾早了半個世紀的義大利畫家卡拉瓦喬(Michelangelo Merisi da Caravaggio，1571-1610)是被霍克尼認為最善於使用光學器材的人。

圖5 卡拉瓦喬名畫《天使》

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當你匆匆見到圖5這幅畫的時候，你能想到這是450年以前的畫家畫的嗎？他畫的人物形體如此逼真，簡直就像是一張照片。畫面下方的鎧甲、小提琴被刻畫得近乎完美，特別是天使的一對翅膀更像是一對老鷹的翅膀。如此了得的寫實功夫來自何處？不由讓人疑竇從生。

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圖6 卡拉瓦喬名畫《哀馬墟的晚餐》

圖6說的是一個聖經里的故事：二位聖徒在名為「哀馬墟」的地方與一陌生人邂逅，一起去小店就餐。就當陌生人拿麵包分給二位時，聖徒們驚訝地發現他就是昨天剛被處死的基督——基督復活了！霍克尼指出，畫面中央的基督（穿紅色衣服）伸出的手臂是線性透視中最難掌握的環節，而卡拉瓦喬畫得如此精妙，令許多歷史名畫相形見絀，顯然是他用了光學器件的緣故。因為了解卡拉瓦喬的讀者都知道，他是畫家中的一個另類：一方面他畫技高超，另一方面他的為人可謂聲名狼藉。平時醺酒、打架，甚至殺人、坐牢、越獄，最後客死他鄉。他之所以能夠一次次逢凶化吉，全因為他為教堂畫畫，畫得又快又好得到了教會的賞識。

這位老兄從來不畫素描，也沒有人見過他的素描作品和相關記錄，作起畫來速度奇快，而且一定要有模特才行。雖然說繪畫創作主要靠的是天才和靈氣，但僅僅是「造型」這一環節，沒有幾年的苦功夫是拿不下來的。那麼卡拉瓦喬超人的寫實能力來自何處呢？霍克尼認為他一定使用了「獨門秘笈」。不相信的話，畫中還有其他佐證：請看！畫中右面的聖徒，右手看上去比他的左手還要大，儘管左手離觀者要近一些。為什麼卡拉瓦喬會在這麼一個小地方犯錯呢？霍克尼認為這也許是畫家在重新對焦的過程中變動了透鏡和畫板的結果。

當然霍克尼的分析還有得到了其他證據的支持：據記載，卡拉瓦喬的鄰居說過，畫家是在暗室里畫畫，還使用玻璃片等工具。而在卡拉瓦喬的畫上可以看到有用硬物刻畫的痕迹，霍克尼認為這是更換模特或者模特休息時候留下的位置記號。

事實上，畫家使用了光學器件作畫，雖然在造型方面佔了便宜，但是在構圖的時候增加了不少困難：因為當時用的凸透鏡尺寸比較小，景深很短。當畫家要畫那些尺幅大、人物多的作品，往往要一次次反覆使用透鏡，畫出人物，然後把它們拼湊起來，從而在畫上留下一些不和諧的蛛絲馬跡。這一點在我們下面的分析里可以看到更多的例子。

4 霍克尼-法里科論題

2003年，霍克尼的研究和假設引起了美國亞利桑那大學光學和高分子物理學教授查爾斯·法里科的極大興趣。作為一位光學專家，他提出了自己的看法：在面對一張照片時候，如果能夠估計出其中若干物體的尺寸和距離，便可以利用簡單的光學公式計算出焦距、視角大小，乃至於透鏡的性質。也就是說，如果文藝復興時期的畫家真的動用了光學器材，就會在畫面上留下「蛛絲馬跡」，這些便是他們要去尋找的科學證據。

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圖7 洛倫佐·洛托的《夫妻像》

首先引起二人關注的是文藝復興時期的作品，義大利畫家洛倫佐·洛托（Lorenzo Lotto,1480？-1556年）的《夫妻像》。在畫面中，夫妻倆人倚靠在一張桌子上，桌子上鋪著一條精美的毛毯子。一開始霍克尼就看出毛毯的幾何紋樣顯得不大自然，近端的紋樣畫得十分精確，而到了遠端就有些走樣。他認為這也許是畫家使用了光學鏡頭產生的跑焦現像。但是，法里科仔細檢查了畫之後認為，這幅畫不僅有明顯的跑焦，還有畫家利用透鏡進行二次對焦的痕迹。

因為當時的凸透鏡尺寸比較小，鏡深比較短，所以為了得到更大場景的清晰圖像，畫家有時候就要多次、反覆使用凸透鏡。法里科利用高斯透鏡方程等光學定理，對洛托用的透鏡做了這樣的估算：假設一般女性的肩膀為50厘米寬，畫中的婦女肩膀的寬度為28厘米，那麼畫家使用的凸透鏡的放大率約為0.56，屈光度為1.86，凸透鏡的直徑2.4厘米，按模糊圈2毫米計算，則凸透鏡的鏡深為16厘米。洛托第一次對焦後，桌毯的近端邊緣在鏡深範圍內是清晰的，但是後面的紋飾越來越模糊，於是他只能再一次利用凸透鏡，把焦點重新定在更加後面的20厘米處，這樣一來使畫上留下了二個消失點（圖8）。法里科強調洛托的《夫妻像》提供了16世紀畫家使用光學凸透鏡最確鑿的證據[6]。

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圖8 畫中的白色線條顯示出毛毯紋樣的不一致

洛倫佐·洛托是文藝復興時期威尼斯畫派的畫家。一般認為，威尼斯畫派比較講究色彩的運用，對人（物）的造型不太重視。但是我們觀賞洛托的許多宗教畫，並沒有發現他在這方面的欠缺，原來他有著自己的武器。傳記說他29歲去過羅馬，結識過拉斐爾，目睹過米開朗基羅的西斯廷天頂畫，但這一切都沒有引起他的興趣，他認為拉斐爾和米開朗基羅雖然無上榮光偉大，但與他無緣，原來其中的道理就在於此。

有了法里科的指點，我們也不難發現前面霍爾拜因在畫《大使》的時候也不止一次使用凸透鏡，例如兩本放在書架上的圖書就完全具有不同的焦點（圖9）。

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圖9 《大使》中二本放在書架上的圖書完全具有不同的焦點

霍克尼和法里科的工作引起了科學史和美術史專家的廣泛興趣，也被稱為霍克尼-法里科論題。

霍克尼為了體驗使用光學器具繪畫的感受，也身體力行，採納了法里科的建議，使用了一塊只有果醬瓶蓋大小的剃鬚鏡（凹面鏡，可以反射光生成實像）放在隔牆的小孔上，把室外明亮的人形反射到畫布上。霍克尼驚喜地發現：「投射到紙面上的人形面孔雖然上下顛倒，但是十分清晰。」霍克尼用這樣的方式為美術館的工作人員畫了一百多幅肖像畫（圖10）。

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圖10 霍克尼藉助光學器具來確定被畫者的面部輪廓

5 畫家的光學器具是從哪來的？

科學史研究告訴我們，由金屬製成的凸面鏡、凹面鏡，和由晶體或者玻璃製成的透鏡早在古希臘和羅馬時代就已經出現了。有關的光學知識（如小孔成像等等）也為人們知曉。到了14世紀文藝復興的時候，我們在當時的名畫中常常可以看到這一類的光學器具。如在油畫顏料的發明者、義大利畫家楊·凡 ·埃克(1390—1441)的名畫《阿爾諾菲尼夫婦肖像》中就有一枚製作精良的金屬凸面鏡。在他畫的《帕埃勒主教像》里，主教的手裡拿了一副眼鏡，也就是凸透鏡。可見無論是面鏡還是透鏡都已經成為人們日常使用的器具，它們可以反、折射光線，這對於心靈手巧的畫師來說，獲得成像等方面的光學知識並不是一件難事。至於他們如何獲得作畫需要的鏡子，每個人都有著自己的渠道，當然有一些也可能是巧合。

例如1592年，來到羅馬的卡拉瓦喬主要在為教堂打工，很受紅衣大主教弗朗切斯卡·蒙特的青睞，通過他的推薦，卡拉瓦喬很快躥紅，成為炙手可熱的大畫家。他出手不凡，下筆快捷如有神助（凸透鏡是也）。那麼他從哪裡弄來了這個玩意兒，只要知道大主教還有一位好朋友名叫伽利略（Galileo Galilei，1564-1642）就明白了。大物理學家伽利略不僅是力學的奠基人，還是望遠鏡的發明者。他開了一家小店鋪，專門經營這些東西。

而維米爾的凸透鏡得來就更加容易了，因為他的親戚兼鄰居就是顯微鏡的發明人列文虎克（Antony van leeuwenhoek ,1632-1723）[7]。事實上即使沒有這樣的巧合，藉助光學器材作畫的事也是一定會發生的，因為它快捷、方便。

6 畫作的藝術價值會受損嗎？

使用了光學器具作畫在一般人的眼裡是似乎在「作弊」，那這會不會影響到作品的藝術價值，以及畫家的聲譽呢？筆者認為是不會的。正如霍克尼在書中所說的那樣：「光學器具本身並不會作畫，唯有藝術家的雙手才能留下筆跡，而那需要有偉大的技藝。」

事實上，畫家在創作的過程中借用了某些器具是一件很普遍、很平常的事情，只是現在的藝術史專家們本人不畫畫，所以不大清楚這些行業內的潛規則。如筆者搞過一些中國畫的創作，見一些專業畫家在宣紙上畫正稿以前，都先用鉛筆在別的紙上起了畫稿，還要用墨線勾勒，使之輪廓清晰，然後把畫稿平鋪在一塊很大的玻璃板上，玻璃板可以升高，下面有電燈泡可以開啟，之後再把宣紙放在畫稿之上，此時要畫的人物線條就一覽無遺，這一過程叫做拷貝。我為圖書畫插圖等也要用類似的方法，只是玻璃板小一些而已。

事實上，每一種光學器具的誕生都會被畫家拿來用，例如不管畫家承認與否，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。有案可查的，不光是柯羅、莫奈、德加，也包括未來派畫家，甚至羅丹和畢加索也莫不如此。

而大衛·霍克尼本人也喜歡利用現成的照片來創造自己的新作品。他以角度略微不同的各種照片拼貼成一張新的圖片，這一獨特的形式被人們稱為「霍克尼式」拼貼，給人以強烈的視覺衝擊[8]。所以大衛·霍克尼能夠破譯古代畫家的失傳技藝有著他得天獨厚的優勢。不過霍克尼卻認為，這種發現只有當20世紀末，由於現代電腦技術使廉價的彩色印刷得以實現才有可能，否則是不可能被人發現的。

事實上對繪畫作品的評價來說，創意始終是第一位的，技術是第二位的，至於技術中使用的輔助手段就更次要了！

參考文獻

[1] Eliane Strosberg,Art and Science,Abbeville Press Publishers,2001.

[2] Steadman Philip,Vereer"s Camere,Uncovering the truth Behind the Masterpieces,Oxford Univesity Press,2001.

[3] 同上。

[4] 大衛·霍克尼著，萬木春、張俊、蘭友利譯，《隱秘的知識：重新發現西方繪畫大師的失傳技藝(增訂版)》，浙江美術出版社，2014,5。

[5] North J.,The Ambassadors"Secret: Holbein and World of The Renaissance,London:Phoenix，2004.

[6] 王哲然，《從藝術直覺到科學證明：迷人的霍克尼-法里科論題》，科學文化評論，2014（3）。

[7] Daniel and Denise Ankele，Johannes Vermeer，Kindle Edition 2012.

[8] 貢布里希著,范景中等譯，《藝術的故事》，廣西美術出版社,2008。

本文原題為《關於西方寫實繪畫中使用光學器材的歷史考察》，原載於《自然雜誌》。《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。

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