一、从绘画技巧的探讨到科学研究：达芬奇的例子
    文艺复兴时期的意大利形成了罕见的艺术与科技活动相联系的境况，艺术和科学相互影响，两者都试图重构自然世界，只不过前者以形象、后者以理论和公式的形式进行。艺术家为了求真写实，以科学的方法来探讨自然界的空间关系、光影特征以及再现的秘密，如蔡元培所评：“中国之画，与书法为缘，而多含文学之趣味。西人之画，与建筑、雕刻为缘，而佐以科学之观察，哲学之思想。故中国之画，以气韵胜，善画者多工书而能诗。西人之画，以技能及义蕴胜，善画者或兼建筑、图画二术。而图画之发达，常与科学及哲学相随焉。”(16)艺术探讨的成功及其方法反过来又促进科学研究的进步。这种相互促进在达芬奇身上表现得最为突出。达芬奇一方面把艺术看作art（技艺）之（皇）后，另一方面很早就意识到基础科学研究--人体解剖、光学等对绘画艺术的促进作用。(17)在《论绘画》中，达芬奇阐述说画家需要了解眼睛对外界景物感知的方式，并在艺术创作中运用这些规则，然后才能在画布上构建一个似真的场景。达芬奇于是开始探究光学现象和视觉特征。他虽然“是作为一个艺术家来看待这些问题的”……“关心如何在画布上运用光和影”，(18)但他也从抽象的角度来思考光影问题。他设想了一些公式和假设来解释所观察到的结果，并试图发现可以用来制造光学器具的原理。这就使他步入科学研究的领域。在《论绘画》中，他讨论绘画涉及视觉的十种功能，包括颜色、光线、物体、形状、远点、近点、运动、静止以及黑暗。(19)
    达芬奇在从艺术走向科学探究的过程中开始反思古希腊和中世纪关于视觉的解释，并首先考察柏拉图的理论。柏拉图认为人类能够感知世界是由于眼睛发射出微小粒子被反射回眼睛的缘故，达芬奇发现柏拉图的理论不合逻辑，因为由于从眼睛射出的粒子到达不同的目标并反射回眼睛所需的时间不同，人就不能在同一时间看到所有的物体。达芬奇于是放弃了粒子说，而提出一种光波说，并转而用实验和观察来研究视力机制。在1491年开始使用的《手稿C》笔记中，达芬奇制定了研究光和影的计划。他着手解剖眼睛，发现在大多数情况下，被割开的眼睛摊成一堆胶质，他又把眼睛放在水里煮。④他可能已懂得晶体具有透视作用，并试图解释人的眼睛如何透视外界场景以及阴影的产生。达芬奇发现人的双眼形成的视觉具有一条中心线，中心线外的事物清晰度渐低。1508-1509年达芬奇的被称为《手稿D》的笔记中，他画下了其所制作的一个人眼的模型以及一个研究者头伸入模型观察外界景物的情形。(20)
    中世纪的思想家认为映在视网膜上的物体形象就是那个物体的准确反映。达芬奇发现光线从一个物体到达眼睛有一个复杂过程。在一个实验中，他在眼睛前方约6英寸的地方竖起一个带有小孔的纸板，然后在纸板和眼睛之间上下平行移动针，结果发现针似乎向相反的方向移动，他于是明白了这种效果是由于光线穿过小洞时被反转了。后来，他利用这个原理制作了一个倒影成像装置。从实验中，达芬奇了解到眼睛里有一个接收面，而且从物体反射到眼睛中的光线是以颠倒的形式进入的，物体呈现的色彩也受周边其他物体的影响。(21)后来，他用玻璃制作了一个类似角膜的东西，把眼睛的功能与暗箱作用联系起来考察，试图用玻璃仪器复制眼睛的功能。
    达芬奇也通过所制作的光学仪器来研究光的反射和折射。他似乎搞清楚了影像如何被反射所扭曲，通过镜片被放大，以及三原色相互结合的原理。他用棱镜或装满水的杯子将白光的组成部分分解，他报告说阳光穿过杯子，在窗前的阴影里形成彩色，由于这里没有使用眼睛，因此，这些色彩不会产生自眼睛。在这里，达芬奇表现出一种可贵的经验论和严谨的推理习惯。在研究光的折射现象时，达芬奇让阳光穿过两个一大一小的半圆玻璃球体，以便观察光线是如何弯曲的。他在笔记中写道：“通过这种方法你可以做无数的实验。并且得出你的定理。”(23)“我们所有的知识都发自我们的感受”。(24)达芬奇的这些观念和实践与我们现在称之为科学研究的方法是一致的。
    伊懋可曾指出，近代科学能够在欧洲产生的一个重要思想背景是欧洲人能够看到机械和自然现象背后的几何结构。(25)这似乎在很大程度上是由于欧几里得和阿基米得的影响。在以几何学的方法来研究光影并推动光学发展上，发现了“数学透视法”的文艺复兴艺术家起到了承上启下的作用。看看达芬奇笔记中用几何方法对视觉原理的图解就明白了。(26)达芬奇之前的阿拉伯学者阿尔哈珍(Alhazen)，欧洲学者培根、马格努斯(Magnus)和约翰·贝查姆(John Pecham)等人都把光学和几何学的研究联系起来。但在达芬奇这里，对光学的研究开始具有近现代科学方法论特征。值得一提的是，达芬奇所表现出的这种从艺术实践向科学探讨的转变并不是他所独有的。
    二、“透视法”的发现及其图像学意义
    “透视法”又被称为“数学透视法”，它的发现不仅引起欧洲绘画的一场革命，而且影响了后来的宇宙观念。从图像学的意义上讲，它标识了欧洲人知觉中空间的数学化。“透视法”作为一种追求逼真再现自然场景的方法，它的发现受惠于当时审美观念的影响。文艺复兴时期绘画审美虽然受到宗教精神的制约，但极为重要的是，它追求“比例均衡”，“画面颜色清晰”，(27)描摹自然真实场景。那时的画家很乐意被称为自然的模仿者，他们把自己的画或浮雕看作选取的“自然”的一部分，或是编辑过的“现实”场景。(28)当时的人们往往评论一幅好画：“堪比或超越自然或真实场景”。(29)画家因而千方百计追求逼真再现自然场景的方法、技巧，他们不是去借鉴传统的画法或模式，而是去仔细观察自然场景。达芬奇的话就展示了这种审美趣味如何使画家“科学”地探讨绘画规律：
    作画迫使画家的心思转向大自然的心灵深处；在自然和艺术之间转译，用自然，被自然规律调节的自然现象的原因，去阐明靠近眼睛的物体的本相怎么汇聚为瞳孔中的景象；同样大小的物体中哪些在人的眼中显得大些；同样色彩的（物体中）哪些显得暗淡些，或者亮些；低矮的（物体中）哪些显得更低些；同样高的（物体中）哪些显得高些；为什么
    处于不同距离的两个物体中，其中的一个显得更清晰些？(30)
    这个后来被发现的绘画原理和技法就是安东尼奥·曼勒蒂(Antonio Manetti,1396-1495)所称的“透视科学”。从中世纪后期起，“透视学”就是一个受到很大关注、有时又称“光学”的研究领域。但丁曾经评论说：“依据一门称为透视学、算数和几何学的科学，人们能看得更为细致和合理。”(31)到15世纪，透视学俨然成为一门大科学，涉及建筑设计、雕塑装饰的制作，绘画中各种物体、建筑、人物、山水等的大小、远近和布局以及“整体和局部的比例”。(32)
    布鲁内勒斯基在15世纪初做了一个著名的实验，以了解三维空间场景在乎面上的显现模式，他以佛罗伦萨主教堂前的广场为场景，在大教堂大门内三英尺处地方竖立一木板，约半埃尔（量布单位）面积大，正中的位置钻一人眼大小的洞，再在后面不远的地方平行竖立一木板，上面铺上油浸过的纸（创造镜面）。当广场上的场景光影通过前面木板的小洞，映射到后面木板的油纸上时，他用笔将之描摹下来。这样，布鲁内勒斯基经过仔细观察便把握了自然场景在一维平面上的空间关系的表现方法。在那个著名的实验中，布鲁内勒斯基还用油画笔精心在画纸上还原了广场场景的色彩和自然光影特征；天空部分，他用锃亮的银板填充，使天空的景色能够映射到银板上，形成动感的景象。(33)
    布鲁内勒斯基又把画好的图画重新竖立在离教堂大门三英尺的地方，并在画的正面约一英尺的地方立一面镜子，当观者从画板背后通过画板正中（没影点）的小洞往外观看镜子，他看到的是映照到镜面中的图画。布鲁内勒斯基还把此镜中映出的画境与真实场景相比较，以检查画法的正确与否。就这样，“布鲁内勒斯基通过实验发明了透视法理论”。(34)布鲁内勒斯基后来将此法传授给马萨乔和多纳泰罗，在绘画与浮雕创作上掀起了划时代的技法革命。