中國圖學學科的歷史性建構

劉克明

(華中科技大學人文學院，湖北 武漢430074)

中國圖學學科的歷史性建構

劉克明

(華中科技大學人文學院，湖北 武漢430074)

《畫法幾何及制圖科學論文選編》一書，于1965年由湖北省科學技術協(xié)會、湖北省制圖學會、湖北省科學技術情報研究所編輯出版，至今已有50年的歷史。這本論文選編是我國第一部有關圖學的論文集，代表了20世紀60年代中國圖學研究的最高科學成就，展示了當代中國圖學的學科建設的歷程。本文介紹了其產生的歷史背景、主要內容、科學價值以及老一輩圖學工作者對學科發(fā)展的貢獻和影響。

中國現(xiàn)代；工程圖學；學科；歷史

中國當代圖學學科的建構與發(fā)展，可見之于1965年初由湖北省科學技術協(xié)會、湖北省制圖學會、湖北省科學技術情報研究所編輯的《畫法幾何及制圖科學論文選編》一書。該書是我國第一部有關圖學理論與圖學應用的論文集，代表了20世紀60年代中國學科的建構與圖學學術研究的科學成就。

1 《畫法幾何及制圖科學論文選編》產生的背景

任何科學學科都是知識、學術體系的分類，包括一定知識類型、學術體系的組織結構及其規(guī)訓制度(disciplinarity)和方法。以工程圖為最基本研究內容的圖學學科是一門古老的學科，作為中國的圖學，其應用與發(fā)展早在先秦時期就已經(jīng)開始，迄今已有數(shù)千多年的歷史，但這并不意味著這是一個完善學科建立的歷史。因為，在數(shù)千多年中，中國圖學盡管有系統(tǒng)的圖學理論、圖學著作，但沒有形成獨特的學科組織結構和相關的規(guī)訓制度和方法。近代圖學理論的建立，從法國蒙日(GaspardMonge，1746–1818年)提出畫法幾何體系至今，僅有兩百多年的歷史。按現(xiàn)代學科標準來看，中國圖學學科的建立只能說是20世紀的事情[1]。

1963年12月，湖北省制圖學會在武漢市的成立是中國圖學學科的歷史性建構重要事件。在成立大會暨科學報告會上，全國33所高等工業(yè)學校制圖教師提交論文88篇。其中，研究畫法幾何在生產實際或其他學科中應用的10篇；研究制圖有關問題的 20篇；研究畫法幾何理論和方法的 34篇。這些會議論文都具有一定的參考價值和啟發(fā)作用，其中的十幾篇論文陸續(xù)發(fā)表在由教育部高等工業(yè)學校畫法幾何及制圖教材編審委員會編輯出版的《畫法幾何及制圖教學工作通訊》。

1964年春，湖北省科學技術情報研究所同意出版此次會議的論文選編，各方專家組成論文選輯委員會，在征求參加會議代表對選輯意見的基礎上，經(jīng)委員會討論研究，決定了如下的選編原則：

(1) 能直接為祖國社會主義經(jīng)濟建設服務，或密切結合生產實際并具有一定水平的，盡量選入。

(2) 對畫法幾何或制圖教學內容有較高參考價值的，擇優(yōu)選入。

(3) 應用畫法幾何方法解決本門或其他學科問題，擇優(yōu)選入。

(4) 在幾何理論或方法上有獨到之處的，酌量選入。

(5) 內容相近的，只選有代表性的一篇。

(6) 已在《畫法幾何及制圖教學工作通訊》上發(fā)表過的，一般不再選入。

(7) 由于教學改革正在進行，制圖標準還在修訂，因此有關教學觀點、方法或制圖標準的均不選入。

根據(jù)此編輯原則，共有14篇論文入選出版。在選編過程中，論文作者精簡修訂原稿；參加過會議的代表也提供了寶貴的意見。盡管受篇幅的限制，不少佳作未能一一入選，但論文集依然代表了編者的學識水平，也體現(xiàn)了當時中國圖學工作者學術研究的成果。特別是全書鉛印成冊，排版規(guī)范，裝訂精致，這在當時的印刷條件下是一件了不起的工程[2]。

2 《畫法幾何及制圖科學論文選編》的主要內容

《畫法幾何及制圖科學論文選編》一書發(fā)表論文14篇，主要包括：圖學理論在生產實際或其他學科中應用的6篇(41%)；研究畫法幾何理論和方法的4篇(29%)；研究制圖有關問題的 3篇(22%)；圖學史論文1篇(8%)，全書共222頁。其封面與書影如圖1所示。

圖1 《畫法幾何及制圖科學論文選編》

2.1 畫法幾何理論在生產實際或其他學科中應用的論文

“能直接為祖國社會主義經(jīng)濟建設服務”是《畫法幾何及制圖科學論文選編》編者編輯論文的基本思想原則，論文選編收入的第 1篇論文就是清華大學汽車曲面研究小組的“汽車車身曲面的繪制問題”，這篇文章研究了檢查曲線的性質與各塊派生表面的光滑連接，汽車內復零件的繪制問題。

工程圖學是一門主要為工程服務的學科，自1959年以來，清華大學與北京汽車廠車身設計組協(xié)作，運用Д.А.Вильямс提出的方法，解決“東方紅”小汽車車身表面的繪制問題。經(jīng)過生產實踐的考驗，初步證明運用這種方法，可以較為滿意地繪制出所需的車身表面。同時，研究小組在研究工作過程中，對 Д.А.Вильямс的理論與實際問題進行了探討，研究了車身內復件的幾何性質，并提出了繪制方法。

圖學理論在實際應用中的優(yōu)勢，還可以通過一些專題研究顯現(xiàn)出來。北京鋼鐵學院馬香峰提交的“確定逥轉面的投影條件及其在斜矯、斜軋方面的應用”一文，先研究逥轉面的確定問題，再把所得結果應用于確定輥型的生產實際中。從幾何學的觀點看來，矯正輥的輥面是逥轉面，斜軋輥的輥面是變螺距或斷面形狀的螺旋面，它可以無限多個逥轉面以多種方式來近似。在軋鋼生產和機器制造業(yè)中，輥面的形狀是決定產品質量的因素之一，所以，關于輥型的研究，確定逥轉面的投影條件及其在斜矯、斜軋方面的應用就具有重要的實際意義。

畫法幾何在刀具設計中的應用甚為廣泛，切削刀具為了加工不同性質的零件而具有各種不同的形狀和角度，它的表面大部分由一般位置的平面及一些較復雜的曲面所構成，所以要正確地畫出刀具的圖樣是相當復雜的。華東紡織工學院曹桄“畫法幾何在刀具設計中的應用”一文，從畫法幾何圖解法的觀點出發(fā)研究，利用立體圖進行復雜的公式推導，繪制各種立體相交的交線，及平面截割立體和角度的投影等問題。刀具設計的許多問題，用一般的畫法幾何方法可以解決。

線性規(guī)劃廣泛應用在交通運輸、工程技術以及軍事諸多方面，其目的是使人力物力能得到合理的安排和充分利用。中南礦業(yè)學院梁在義“線性規(guī)劃的畫法幾何解法”一文，從幾何觀點研究它的圖解方法，從而可以看出畫法幾何在解決實際問題的優(yōu)越性。

萬向軸節(jié)的傳動是一種空間運動，應用畫法幾何方法對萬向軸節(jié)的一些運動學問題作圖解分析，更能認識其傳動的規(guī)律。北京工業(yè)學院制圖教研室周克繩“萬向軸節(jié)運動學”一文，在對萬向軸節(jié)的空間運動進行幾何分析與向量分析的基礎上，用畫法幾何對萬向軸節(jié)運動的諸多問題，如轉角關系、角速度、角加速度分析等，進行了圖解分析。圖解分析提出了轉角差圖、角速度圖、角加速度圖等圖解分析工具。該文在圖解分析的基礎上，推導了主要計算公式，試圖把圖解分析與解析計算結合起來，以便解決更廣泛的問題。

小圓角在繪圖中是一個微觀的形狀問題，不能像表面光潔度、公差尺寸等用數(shù)字文字或符號那樣表達得清楚合適，只能在畫法上尋求處理的方法。上海交通大學莫善祥“小圓角的處理——漸滅線與過渡線”一文，對各種基本情況作了若干探討，文章提出的原則和方法為較復雜的構形提供了根據(jù)與解釋。

2.2 研究畫法幾何理論和方法的論文

作為一門科學學科，畫法幾何學與圖學的理論，既有長期知識的積累又有大量亟待解決的研究課題，一直是科學工作者解決理論問題以及生產實際問題的重要依據(jù)與手段?！懂嫹◣缀渭爸茍D科學論文選編》中的論文，其研究畫法幾何理論和方法的內容論及甚多。如華南工學院李誠涺、黎龍“等距曲線”、同濟大學工程畫教研室洪鐘德“Meusnier等一些定理及其在正投影中的應用”等文。

利用透射以求平面與非特殊二次曲面交線，常常是不可分解的實二次曲線，作圖是比較繁復而難于精確的。華中工學院周緒暄“利用透射求平面與二次曲面的交線的特殊點及求任意錐面或二次曲面與另一曲面的交線”全面地闡述了平面與二次錐面交線實形或投影特殊點的求法、平面與非特殊二次曲面交線實形或投影特殊點的求法以及任意錐面或二次曲面與另一曲面的交線的求法。

在畫法幾何各種問題的解法中多用幾何變換的方法，這些方法不僅可以使某些復雜的作圖簡化，提高精度，而且還可以幫助人們深入理解許多作圖法的幾何性質。龍澤斌“畫法幾何中的拓撲作圖方法及其應用”一文討論了用拓撲作圖方法解決某些不甚規(guī)則的曲面的作圖問題。

所謂拓撲變換，就是將幾何形體及其所在空間進行不破壞連續(xù)性的變型，這種變換所遵守的條件比仿射變換要寬廣得多。要確定兩幾何形體是否成拓撲對應，只需它們之間存在互相單值而且連續(xù)的對應，即為解決問題時創(chuàng)造有利條件，可以按最方便的形式將幾何形體進行變換，特別是將它們變換成規(guī)則曲面或最簡單的曲面。龍澤斌的論文討論了拓撲作圖的4個基本原則、基本作圖舉例，如相貫線作圖、軸測投影作圖等。

2.3 研究制圖有關畫法的論文

圖學學科的目的，旨在研究繪制和閱讀圖形與圖樣、解決空間幾何問題的理論和方法，為科學工作者的制圖技能和空間想象能力打下必要的基礎。有關制圖問題的內容，《畫法幾何及制圖科學論文選編》收入論文3篇，其中有北京航空學院厲聲林“正投影圖的射影畫法幾何構造”一文。

在立體圖的繪制中，繪制相互垂直的幾何元素圖像，如果繪制的不正確，則會大大削弱圖形本身的立體感。武漢水利電力學院艾運鈞“軸測投影和中心投影中的垂直問題”一文，闡述了在軸測投影和中心投影中互相垂直的幾何元素的作圖法，如直線垂直直線、直線垂直平面；而平面垂直平面也可以歸結為以上2類問題。

湖南大學貝效良“畫法幾何中法線平面的一些性質及作圖方法”一文，討論了平面可以據(jù)其法線的投影而確定，一般位置平面的法線的轉換，即移位。相應于法線在空間的點和線段的表示方法。文章還討論了法線平面的基本作圖問題。

2.4 圖學史方面的論文

以圖和圖形為最基本研究內容的圖學學科是一門古老的學科，從蒙日提出畫法幾何體系至今，雖僅有兩百多年的歷史，但人類認識圖形卻經(jīng)歷了漫長的歷史演變過程。研究圖學學科發(fā)展的歷史，不僅在于回顧過去，更重要的是以史為鑒，開創(chuàng)未來。

在中國圖學發(fā)展史的研究中，國內外學術界與科學史界一直存在著兩種截然不同的態(tài)度：①是認為中國沒有圖學，持這種觀點的西方學者不乏其人，在他們的研究中表現(xiàn)尤為明顯；②是認為中國一直是“穩(wěn)步地發(fā)展著他們自己的制圖傳統(tǒng)”，“歐洲在14和15世紀之前之所以能在制圖方面有所成就，不僅與阿拉伯人研究了托勒密的制圖學有關”，而且與“中國的制圖學”傳到西方有關，肯定中國圖學對西方圖學所做的貢獻[3-4]。

對中國圖學持否定態(tài)度的，表現(xiàn)在對中國豐富的圖學史料的忽視和對所取得的圖學成就的低估，在許多西方學者看來中國古代沒有圖學。在論述圖學發(fā)展的歷史時，他們對中國的古代圖學采取回避態(tài)度，許多論點亟待斟酌。發(fā)表在《工程圖學學報》1999年第3期上介紹中國圖學科學成就的文章，曾詳細介紹了這方面的內容。西方學者的這些觀點，影響中國，流播甚遠，國內不少的學者在對中國的圖學沒有深入研究的情況下，也認為中國沒有圖學，古代圖學理論中沒有焦點透視，甚或認為這是中國圖學和中國繪畫的一大缺陷[5-6]。

《畫法幾何及制圖科學論文選編》的編者們注意到這一點，并不吝篇幅，收入了圖學學科發(fā)展歷史的論文，該文集收入的圖學史研究方面的內容為中國圖學史，即北京師范大學趙擎寰提交的“中國古代工程制圖發(fā)展初探”，這篇論文是作者多年從事圖學史研究的重要成果，全文26頁，插圖13幅，是本論文集中最長的論文之一。

“中國古代工程制圖發(fā)展初探”一文，共分 5個部分，作者以中國歷史的發(fā)展為脈絡，討論了中國工程制圖的孕育與誕生，中國古代工程制圖的成長，中國古代工程制圖體系的形成，中國資本主義萌芽時期及其前后的工程制圖。

趙擎寰認為：中國是世界上制圖發(fā)達的最早國家之一，從殷商起，至今已有一脈相承的三千年的可考歷史。它為燦爛的古代文化的創(chuàng)造作出了貢獻，也隨著社會的發(fā)展而不斷發(fā)展。它的發(fā)生、發(fā)展，與中國自古發(fā)達的手工業(yè)不可分割。隨著生產的發(fā)展，預想表達工作要求不斷提高，勞動人民在制圖實踐中長期積累，獲得了許多創(chuàng)造性的成就，至中世紀的唐宋時期，已經(jīng)出現(xiàn)了接近今日常用的多種圖法，形成了自己的體系。這些技術傳至明清，當經(jīng)濟發(fā)達地區(qū)出現(xiàn)了資本主義萌芽的時期，中國工程制圖也具備了進一步發(fā)展為近代工程制圖的足夠條件。

趙擎寰的這些觀點也為以后的中國工程圖學史的進一步研究所證實。

最后，文章提出了作者研究中國工程圖學史的心得體會：“中國古代工程制圖的發(fā)展與自古發(fā)達的毛筆畫分不開。新石器時代中國就發(fā)明了毛筆，用以畫彩陶上的裝飾花紋。以后興起線畫，工匠一直用毛筆作建筑圖樣。隋唐以后的畫家吸收工匠的界畫法，形成界畫一派，界畫的發(fā)展又影響工匠的圖樣畫法，因而在圖樣里軸測法界畫取得了高度成就?！边@一觀點，不僅肯定了中國圖學的成就，也提出了中國文化對圖學發(fā)展所起到的重要作用。

3 《畫法幾何及制圖科學論文選編》的科學價值

1963年12月湖北省制圖學會的建立以及在武漢市舉行成立大會暨科學報告會，在中國圖學學科建構，乃至中國科技史中具有十分重要的意義。這是因為學會的建立，不僅是科學發(fā)展走向成熟的一個重要標志，同時也是科學走向未來的基礎；它表明科學的研究應當由團結一致、相互支援的有素質的科學家們自己擔任起來。而圖學專業(yè)學會的建立，說明圖學學科在中國的建制化，并將促進學術研究成果的發(fā)布和會員之間的交流；以及在學會積極倡導下，致力于圖學與歷史語境中的社會互動的理解，傳播圖學知識和圖學文化，推動圖學在中國得到蓬勃發(fā)展。

固然，20世紀60年代出版的《畫法幾何及制圖科學論文選編》一書，在中國圖學史特別是在現(xiàn)代圖學史上，也占有十分非常重要的地位，它對于今天的人們了解當時中國圖學工作者的理論研究、繪制技術提供了不可或缺的文獻資料，因而具有十分重要的科學價值。然而，只要對比世界圖學研究的進展，就可以看到當時中國圖學與世界圖學的差距；同在1963年，美國麻省理工學院林肯實驗室的薩瑟蘭德(Ivan E.Sutherland)發(fā)表的博士論文《SKETCHPAD：一個人機通訊的圖形系統(tǒng)》中，首次提出了計算機圖形學(computer graphics)這個術語，以及交互技術、分層存儲符號的數(shù)據(jù)結構等新思想；薩瑟蘭德開拓性的工作是當時的中國圖學工作者無法企及的。

但是，仍然可以從論文選編一書所具有的學科視野，來考察其所具有的科學價值。

(1) 從科學技術發(fā)展的歷史來看，工程圖學是人類文明的重要因素，也是一門人類共同關注與研究的科學前沿學科。研究圖與形關系的圖學，其實質就是把三維空間里的幾何元素投影到三個正交的二維投影平面上，并將它們展開成一個平面，得到由三個二維投影面組成的正投影綜合視圖來表示這些幾何元素的數(shù)學方法。直到現(xiàn)在，圖學的這種方法，仍然是工程技術用來表示物體的一種主要辦法。因此，工程圖學的發(fā)展是衡量一個社會、一個時代科學技術水平的重要標志。

學會是學科建立和學術共同體形成的標志之一，中國工程圖學的歷史，源遠流長，在幾千年的發(fā)展歷程中，高潮迭起，成就甚豐。然而，工程圖學作為一門科學的學科在中國的建立，時間著實很短。中國近代工程圖學的引進及其教育，產生了大量從事圖學工作的科學家，導致了圖學學會建立的需要。1963年12月湖北省制圖學會的成立，標志著工程圖學學科在中國的創(chuàng)立，其科學報告會及其論文集的出版與發(fā)表，也代表著制圖學術研究在中國的漸趨成熟；這也為1980年中國工程圖學學會(China Engineering GraphicsSociety，CEGS)的建立，奠定了學科發(fā)展的基礎。

(2) 《畫法幾何及制圖科學論文選編》一書，在中國科技史與圖學發(fā)展史上有著極其重要的文獻價值。在中國數(shù)千年的歷史文獻中，有大量有關涉及工程制圖的歷史典籍，這些典籍是對中國科技發(fā)展歷程的總結，也是對圖學學科發(fā)展歷程的總結，其中有科技價值極高的圖學專著與圖學實踐的標準文獻。無論是宋代的《營造法式》、《新儀象法要》，還是元代的《農書》、《梓人遺制》都詳實地記載了圖學在科學技術與建筑工程的應用，這些圖學文獻，有著完整的工程技術語言與圖學技術方面的實踐與系統(tǒng)。然而，尚乏付諸文字的圖學理論以及畫法技術的專門研究文獻。明代末年的《幾何原本》、《遠西奇器圖說》，雖介紹了西方的幾何學與近代工程技術的發(fā)展與進步，但都是譯自西方的原著。清代后期，雖有《器象顯真》、《運規(guī)約指》等引進西方圖學的理論與畫法，亦是闡述他人。而《畫法幾何及制圖科學論文選編》一書，確實是我國圖學工作者在會通與吸納現(xiàn)代圖學的同時，不斷超越、不斷創(chuàng)新的第一部系統(tǒng)研究圖學理論與圖學實踐的論文集，也體現(xiàn)了20世紀60年代中國圖學工作者學術研究的成果與水平。

(3) 《畫法幾何及制圖科學論文選編》的編輯思想，參與論文選編的學者，確定了十分嚴謹?shù)倪x編原則，即以聯(lián)系生產實際為核心、以科學前沿為背景，關注科學發(fā)展現(xiàn)狀，滲透圖學科學的研究為主線；所選論文涉及畫法幾何在生產實際或其他學科中的應用、制圖技術、理論與方法等，選上的論文，可見作者思維活躍，手段新奇，學者們將新的圖學理念、新的圖學方法帶到了畫法幾何及制圖科學的研究，其論文今天讀來，亦足借鑒。他們的選題與研究，乃至在文本版面編輯上，精益求精，也為中國當代工程圖學的研究以及學科的發(fā)展做出了楷模[7-8]。

[1] Booker P J. A history of engineering drawing [M]. London：Northgate Publishing Co Ltd, 1979： 86-106.

[2] 湖北省科學技術協(xié)會, 湖北省制圖學會, 湖北省科學技術情報研究所. 畫法幾何及制圖科學論文選編[C].武漢： [s.n.], 1965： 1-222.

[3] Booker P J. A history of engineering drawing [M]. London： Northgate Publishing Company Limited, 1979：18.

[4] 切特維魯新 H Φ. 工程畫法幾何[M]. 梁升照, 譯. 北京： 高等教育出版社, 1985： 271-274.

[5] 霍恩貝格 F. 工程畫法幾何[M]. 洪鐘德, 譯. 北京：高等教育出版社, 1987： 8.

[6] Needham J.Science and civilization in china (VolumeⅢ) [M]. TheScience of the Earth, London： Cambridge University Press, 1959： 533-543, 525, 500.

[7] 劉克明. 中國工程圖學史[M]. 武漢： 華中科技大學出版社, 2003： 165-185, 203-210, 239-258, 305-316.

[8] 劉克明. 中國圖學思想史[M]. 北京： 科學出版社, 2008：600-607.

The First Collection of Papers on Engineering Drawing in China

Liu Keming
(School of Humanities, Huazhong University ofScience and Technology, Wuhan Hubei430074, China)

The book titled "The First Collection of Papers on Engineering Drawing in China" is the first work in its field in China which coversMajor achievements of the research on construction drawing in the 1960s in China. It was published in 1965 by Association ofScience and Technology of Hubei Province,Society of Construction Drawing of Hubei Province, and the Institute of Information ofScience and Technology of Hubei Province. This paper gives a comprehensive introduction for the background under which the book was produced, itsMajor contents and value.

Modern China; engineering drawing; discipline; history

T-09

A

2095-302X(2015)02-0143-05

2014-10-08；定稿日期：2014-10-22

劉克明(1950–)，男，湖北武漢人，工學博士。主要研究方向為中國科技史、中國圖學史。E-mail：liukeming@mail.hust.edu.cn