Abstract:With its great contribution to science and technology, engineering graphics in ancient China held an extremely impor-tant standing in the history of world civilization. The achievements of Chinese engineering graphics lie in that they embodied the con-cepts of human accomplishments; they combined technology and art together and they integrated the spirit of science and the spirit ofhumanity together. The purpose of describing the great achievements of engineering graphics in ancient China in this paper is to claimtheir values for contemporary time.
Key words:Chinese engineering graphics, achievements, history
摘 要:中国是一个具有丰富图学传统的国家,工程图学是中国科学技术之荦荦大者。中国古代工程图学的成就包括“卓识名理,独见别裁”的图学思想及“至详至悉,毫发不爽”的图学理论工程制图类论文范文和绘制技术等。中国古代工程图学具有重要的历史价值和现代意义。
关键词:工程图学;图学思想;图学家
中国古代的图学家们创造了人类文明史上堪称凿空之举的奇迹,无论是图学思想、图学理论,还是制图技术、绘制方法,都取得了斐然可观的科学成就。这些思想和成就闪烁着中华文明的奇光异彩,也表现出古代制图大师们无与伦比的创新精神。探索中国古代工程图学形成及发展的历史,指陈得失,就是要去追寻中国科学技术一度失落的灵魂,客观正确地认识中国工程图学所具有的科学理性精神以及对人类进步所作的贡献。中国古代工程图学不仅为近现代工程图学打下了基础,同时,也为工程图学的未来发展做出了楷模。
1 中国古代工程图学的成就
图样作为人类文化知识的载体,是信息传播的重要工具。以图解法和图示法为基础的工程制图是科技思维的主要表达形式之一,也是指导工程技术的一种技术文件。在人类社会和科学技术的发展历程中,工程图学是一门应用相当广泛的基础学科,图或图样发挥了语言文字所不能替代的巨大作用,没有图或图样,任何科学技术活动是无法进行的。回顾历史,我们可以看到,中国工程图学的发展,遵循人类科学技术的发展规律,也历经从早期粗略的示意图后进入精确的按一定投影关系绘制的工程图样的历程,在中国文化演进的历史长河中,历代图学家为我们留下了极为丰富的图学遗产,这些古代的图学著作和文献资料是我们研究古代科学技术发展历史的重要线索。
(1)“卓识名理,独见别裁”的图学思想
图学思想是科技思想的重要组成部分,是主体在社会历史环境下对图学的理性认识,任何时代的图学思想都是一定时代科技发展的产物,都离不开科学技术在社会实践中的作用。《周易•系辞上》中有“制器者尚其象”的名言,其思想就含有在制造器物或器械时须按一定的图或图样制作之意。这里所称的“器”,可代表科学技术上的一些创制,而不论其是器物或是器械等。而“象”,则如《周易•系辞上》所言:“拟诸其形容,象其物宜,是故谓之象。”这里所说的“拟”也就是说“取象”。《周易•系辞下》中也解释说:“象也者,像也。”同样表达了象所表示的乃是有具体的形象之意。“尚象”可以理解为图象和形象是制造器物或器械时必不可缺少的技术文件,是制器过程中必须遵循的重要依据。收集周王室的职官制度和战国时代各国政治制度纂辑而成的《周礼》,对图的作用论述极多,它不但包括对图的认识功能、图的资治作用,而且还记载了图以及管理图样的职官在国家政权中的地位等等。《周礼》认为,图是“辨域”、“正位”、“度数”的依据,是“周知天下之地”、“广轮之数”、“入出百物”、“以叙其财”的基础。周代不仅用图来“周知九州之地域”,而且已作为规划建设的参考,表明当时图样的绘制一般要进行测量,然后绘制成图,经过审查修改的图样才能作为指导生产的根据,用于施工的图样须有副本予以存档收藏。这些都符合现代图样绘制和管理的一般方法和原则。
魏晋时期的刘徽在263年注《九章算术》中,提出了“析理以辞,解体用图”的研究方法,只有文字和图形并用,才能更好地求解数学上的问题。刘徽在他的数学研究中十分注意使用图形,《九章算术》注中不少问题就是利用面积图形来显示计算过程的。和刘徽几乎同时期的晋人裴秀(224—274年)在《禹贡地域图•序》中认为:“图书之设,由来久矣。自古垂象立制,而赖其用。”若图样“不设分率,又不考正准望”,“虽有粗形”,“不可依据”。他称的分率,即今称的比例尺,准望,即指方位坐标。裴秀的这些观点,是我国在晋代形成制图六体的理论基础。
宋人郑樵(1103—1162年)在其《通志》中阐述了图学对认识事物所起到的作用。他认为“图谱之作,不可偏废”,“图谱之学不传,则实学尽化为虚义矣。”世无图谱,人亦不识图谱之学,将严重地阻碍学术的进步。郑樵一针见血地指出:“图谱之学,学术之大者”,“图至约也,书至博也,即图而求易,即书而求难”,并总结出“索象于图、索理于书”的认识方法。在《通志•图谱略》“明用”篇里,他系统地总结了图在各个领域的应用,包括天文、地理、宫室、器用、域筑、会计、法制等十六个方面,而“凡此十六类,有书无图,不可用也”,如“星辰之次舍,日月之往来,非图无以见天之象”,“山川之纪,夷夏之分,非图无以见地之形”,“凡宫室之属,非图无以作室”,“凡器用之属,非图无以制器”,“为坛域者,大小高深之形,非图不能辨”。郑樵的这些论述,是对中国古代图学认识功能的第一次全面总结。宋代工程图学的巨大成就,是与其图学思想的认识成就分不开的。郑樵的图学思想也为后世大量有图谱之作的科技专著的出现,奠定了思想基础。
(2)“至详至悉,毫发不爽”的图学理论和绘制技术
工程图学有着其系统的理论基础和方法,经历了漫长的历史岁月,古代制图使用比例,在先秦时期已见端倪。《周髀算经》约成书于公元前2世纪前期,书中明确地记载了绘制“七衡图”时所采用的比例,“凡为此图,以丈为尺,以尺为寸,以寸为分,分为一千里,凡用缯方八尺一寸,今用缯方四尺五分,分为二千里。”这表明当时作图时已采用了两种比例,即一种为“分为一千里”,一种为“分为二千里”,按第一种比例画七衡图用缯8.1平方尺,按第二种比例,用缯为4.05平方尺,比例的应用说明当时对图形相似的认识臻于成熟。宋代李诫(?—1110年)在《营造法式》“举折”中说:“举折之制,先以尺为丈,以寸为尺,以分为寸,以厘为分,以毫为厘,侧画所建之屋于平正壁上,定其举之峻慢,折之圆和,然后可见屋内梁柱之高下,卯眼之远近。”这说明宋代的建筑图样、比例的使用,已是施工图严格遵守的规则,即便在屋木的绘画作品中,使用比例也是画家们必须使用的方法。宋代《德隅斋画品》“郭忠恕楼居仙图”中所说:“栋梁楹角,望之虚若可蹑足”,栏杆窗牖,“则若可以扪历而开合之也,以毫计寸,以寸计尺,以尺计丈,增而倍之,以作大宇,皆中规度,曾无少差,至详至悉,委曲于法度之内者不能也。”而且反映宫室建筑的绘画,要求“折算无亏”,《佩文斋书画谱》引《甫田集》称,“画家宫室最难为工,须折算无差,乃为合作,盖束于绳矩笔墨不可以逞,稍涉畦畛,便入庸匠。”谈到了古代作图比例的应用及比例的重要性。可以看出,应用作图比绘制图样,是中国古代工程制图走向数学化、精确化的标志,也是衡量其发展水平的重要标尺,只有运用数学方法,才能使图样“至详至悉”、“无亏”、“无差”。这都反映了古代图学工作者科学认真的制图作风。
在绘制图形中,投影方法的应用是工程图样的数学基础。中国古代有关投影理论的记载,最早见之于《诗经》“大雅”的“即景岗,相其阴阳”。《周礼》“考工记”中有“匠人建国,水地以县,置以县,以景,为规,识日出之景与日入之景,昼参诸日中之景,夜考之极星,以正朝夕。”这些记载说明当时已知相交二直线可以决定一平面,利用投影来确定方位的方法已应用于工程技术之中。
中心投影的记载见于南朝宋时宗炳(376—443年)的《画山水序》,其云“且夫昆仑之大,瞳子之小,迫目以寸,则其形莫视,回以数里,则可围以寸眸,诚由去之稍阔,则其见弥小,今张素绡以远映,则昆阆之形,可围于方寸之间,竖画三尺,当千仞之高,横墨数尺,体百里之远。”这是一篇精彩的中心投影,即透视理论的论述,也是迄今世界上最早的记载。宗炳以简洁的语言阐述了几何图形在投影和截影的情况下保持不变的射影性质,论述了观察者所见同一景物的范围、大小和距离的关系,是中国古代透视理论最为系统的总结。同一物体,距离太近,反而不见全貌,距离加远,倒可看清全廓,这是近大远小的缘故,用一块展开的素绡,放在眼睛(即视点)和物体之间,就可以反映出高大宽广的景物。宗炳的理论和文艺复兴时期意大利著名的学者阿尔贝蒂(Leone Battista Aiberti 1404—1427年)和达•芬奇(Leonardo Da Vinci 1452—1519年)以及德国16世纪著
