中国图学学科的历史性建构

刘克明

(华中科技大学人文学院，湖北 武汉430074)

中国图学学科的历史性建构

刘克明

(华中科技大学人文学院，湖北 武汉430074)

《画法几何及制图科学论文选编》一书，于1965年由湖北省科学技术协会、湖北省制图学会、湖北省科学技术情报研究所编辑出版，至今已有50年的历史。这本论文选编是我国第一部有关图学的论文集，代表了20世纪60年代中国图学研究的最高科学成就，展示了当代中国图学的学科建设的历程。本文介绍了其产生的历史背景、主要内容、科学价值以及老一辈图学工作者对学科发展的贡献和影响。

中国现代；工程图学；学科；历史

中国当代图学学科的建构与发展，可见之于1965年初由湖北省科学技术协会、湖北省制图学会、湖北省科学技术情报研究所编辑的《画法几何及制图科学论文选编》一书。该书是我国第一部有关图学理论与图学应用的论文集，代表了20世纪60年代中国学科的建构与图学学术研究的科学成就。

1 《画法几何及制图科学论文选编》产生的背景

任何科学学科都是知识、学术体系的分类，包括一定知识类型、学术体系的组织结构及其规训制度(disciplinarity)和方法。以工程图为最基本研究内容的图学学科是一门古老的学科，作为中国的图学，其应用与发展早在先秦时期就已经开始，迄今已有数千多年的历史，但这并不意味着这是一个完善学科建立的历史。因为，在数千多年中，中国图学尽管有系统的图学理论、图学著作，但没有形成独特的学科组织结构和相关的规训制度和方法。近代图学理论的建立，从法国蒙日(GaspardMonge，1746–1818年)提出画法几何体系至今，仅有两百多年的历史。按现代学科标准来看，中国图学学科的建立只能说是20世纪的事情[1]。

1963年12月，湖北省制图学会在武汉市的成立是中国图学学科的历史性建构重要事件。在成立大会暨科学报告会上，全国33所高等工业学校制图教师提交论文88篇。其中，研究画法几何在生产实际或其他学科中应用的10篇；研究制图有关问题的 20篇；研究画法几何理论和方法的 34篇。这些会议论文都具有一定的参考价值和启发作用，其中的十几篇论文陆续发表在由教育部高等工业学校画法几何及制图教材编审委员会编辑出版的《画法几何及制图教学工作通讯》。

1964年春，湖北省科学技术情报研究所同意出版此次会议的论文选编，各方专家组成论文选辑委员会，在征求参加会议代表对选辑意见的基础上，经委员会讨论研究，决定了如下的选编原则：

(1) 能直接为祖国社会主义经济建设服务，或密切结合生产实际并具有一定水平的，尽量选入。

(2) 对画法几何或制图教学内容有较高参考价值的，择优选入。

(3) 应用画法几何方法解决本门或其他学科问题，择优选入。

(4) 在几何理论或方法上有独到之处的，酌量选入。

(5) 内容相近的，只选有代表性的一篇。

(6) 已在《画法几何及制图教学工作通讯》上发表过的，一般不再选入。

(7) 由于教学改革正在进行，制图标准还在修订，因此有关教学观点、方法或制图标准的均不选入。

根据此编辑原则，共有14篇论文入选出版。在选编过程中，论文作者精简修订原稿；参加过会议的代表也提供了宝贵的意见。尽管受篇幅的限制，不少佳作未能一一入选，但论文集依然代表了编者的学识水平，也体现了当时中国图学工作者学术研究的成果。特别是全书铅印成册，排版规范，装订精致，这在当时的印刷条件下是一件了不起的工程[2]。

2 《画法几何及制图科学论文选编》的主要内容

《画法几何及制图科学论文选编》一书发表论文14篇，主要包括：图学理论在生产实际或其他学科中应用的6篇(41%)；研究画法几何理论和方法的4篇(29%)；研究制图有关问题的 3篇(22%)；图学史论文1篇(8%)，全书共222页。其封面与书影如图1所示。

图1 《画法几何及制图科学论文选编》

2.1 画法几何理论在生产实际或其他学科中应用的论文

“能直接为祖国社会主义经济建设服务”是《画法几何及制图科学论文选编》编者编辑论文的基本思想原则，论文选编收入的第 1篇论文就是清华大学汽车曲面研究小组的“汽车车身曲面的绘制问题”，这篇文章研究了检查曲线的性质与各块派生表面的光滑连接，汽车内复零件的绘制问题。

工程图学是一门主要为工程服务的学科，自1959年以来，清华大学与北京汽车厂车身设计组协作，运用Д.А.Вильямс提出的方法，解决“东方红”小汽车车身表面的绘制问题。经过生产实践的考验，初步证明运用这种方法，可以较为满意地绘制出所需的车身表面。同时，研究小组在研究工作过程中，对 Д.А.Вильямс的理论与实际问题进行了探讨，研究了车身内复件的几何性质，并提出了绘制方法。

图学理论在实际应用中的优势，还可以通过一些专题研究显现出来。北京钢铁学院马香峰提交的“确定逥转面的投影条件及其在斜矫、斜轧方面的应用”一文，先研究逥转面的确定问题，再把所得结果应用于确定辊型的生产实际中。从几何学的观点看来，矫正辊的辊面是逥转面，斜轧辊的辊面是变螺距或断面形状的螺旋面，它可以无限多个逥转面以多种方式来近似。在轧钢生产和机器制造业中，辊面的形状是决定产品质量的因素之一，所以，关于辊型的研究，确定逥转面的投影条件及其在斜矫、斜轧方面的应用就具有重要的实际意义。

画法几何在刀具设计中的应用甚为广泛，切削刀具为了加工不同性质的零件而具有各种不同的形状和角度，它的表面大部分由一般位置的平面及一些较复杂的曲面所构成，所以要正确地画出刀具的图样是相当复杂的。华东纺织工学院曹桄“画法几何在刀具设计中的应用”一文，从画法几何图解法的观点出发研究，利用立体图进行复杂的公式推导，绘制各种立体相交的交线，及平面截割立体和角度的投影等问题。刀具设计的许多问题，用一般的画法几何方法可以解决。

线性规划广泛应用在交通运输、工程技术以及军事诸多方面，其目的是使人力物力能得到合理的安排和充分利用。中南矿业学院梁在义“线性规划的画法几何解法”一文，从几何观点研究它的图解方法，从而可以看出画法几何在解决实际问题的优越性。

万向轴节的传动是一种空间运动，应用画法几何方法对万向轴节的一些运动学问题作图解分析，更能认识其传动的规律。北京工业学院制图教研室周克绳“万向轴节运动学”一文，在对万向轴节的空间运动进行几何分析与向量分析的基础上，用画法几何对万向轴节运动的诸多问题，如转角关系、角速度、角加速度分析等，进行了图解分析。图解分析提出了转角差图、角速度图、角加速度图等图解分析工具。该文在图解分析的基础上，推导了主要计算公式，试图把图解分析与解析计算结合起来，以便解决更广泛的问题。

小圆角在绘图中是一个微观的形状问题，不能像表面光洁度、公差尺寸等用数字文字或符号那样表达得清楚合适，只能在画法上寻求处理的方法。上海交通大学莫善祥“小圆角的处理——渐灭线与过渡线”一文，对各种基本情况作了若干探讨，文章提出的原则和方法为较复杂的构形提供了根据与解释。

2.2 研究画法几何理论和方法的论文

作为一门科学学科，画法几何学与图学的理论，既有长期知识的积累又有大量亟待解决的研究课题，一直是科学工作者解决理论问题以及生产实际问题的重要依据与手段。《画法几何及制图科学论文选编》中的论文，其研究画法几何理论和方法的内容论及甚多。如华南工学院李诚涺、黎龙“等距曲线”、同济大学工程画教研室洪钟德“Meusnier等一些定理及其在正投影中的应用”等文。

利用透射以求平面与非特殊二次曲面交线，常常是不可分解的实二次曲线，作图是比较繁复而难于精确的。华中工学院周绪暄“利用透射求平面与二次曲面的交线的特殊点及求任意锥面或二次曲面与另一曲面的交线”全面地阐述了平面与二次锥面交线实形或投影特殊点的求法、平面与非特殊二次曲面交线实形或投影特殊点的求法以及任意锥面或二次曲面与另一曲面的交线的求法。

在画法几何各种问题的解法中多用几何变换的方法，这些方法不仅可以使某些复杂的作图简化，提高精度，而且还可以帮助人们深入理解许多作图法的几何性质。龙泽斌“画法几何中的拓扑作图方法及其应用”一文讨论了用拓扑作图方法解决某些不甚规则的曲面的作图问题。

所谓拓扑变换，就是将几何形体及其所在空间进行不破坏连续性的变型，这种变换所遵守的条件比仿射变换要宽广得多。要确定两几何形体是否成拓扑对应，只需它们之间存在互相单值而且连续的对应，即为解决问题时创造有利条件，可以按最方便的形式将几何形体进行变换，特别是将它们变换成规则曲面或最简单的曲面。龙泽斌的论文讨论了拓扑作图的4个基本原则、基本作图举例，如相贯线作图、轴测投影作图等。

2.3 研究制图有关画法的论文

图学学科的目的，旨在研究绘制和阅读图形与图样、解决空间几何问题的理论和方法，为科学工作者的制图技能和空间想象能力打下必要的基础。有关制图问题的内容，《画法几何及制图科学论文选编》收入论文3篇，其中有北京航空学院厉声林“正投影图的射影画法几何构造”一文。

在立体图的绘制中，绘制相互垂直的几何元素图像，如果绘制的不正确，则会大大削弱图形本身的立体感。武汉水利电力学院艾运钧“轴测投影和中心投影中的垂直问题”一文，阐述了在轴测投影和中心投影中互相垂直的几何元素的作图法，如直线垂直直线、直线垂直平面；而平面垂直平面也可以归结为以上2类问题。

湖南大学贝效良“画法几何中法线平面的一些性质及作图方法”一文，讨论了平面可以据其法线的投影而确定，一般位置平面的法线的转换，即移位。相应于法线在空间的点和线段的表示方法。文章还讨论了法线平面的基本作图问题。

2.4 图学史方面的论文

以图和图形为最基本研究内容的图学学科是一门古老的学科，从蒙日提出画法几何体系至今，虽仅有两百多年的历史，但人类认识图形却经历了漫长的历史演变过程。研究图学学科发展的历史，不仅在于回顾过去，更重要的是以史为鉴，开创未来。

在中国图学发展史的研究中，国内外学术界与科学史界一直存在着两种截然不同的态度：①是认为中国没有图学，持这种观点的西方学者不乏其人，在他们的研究中表现尤为明显；②是认为中国一直是“稳步地发展着他们自己的制图传统”，“欧洲在14和15世纪之前之所以能在制图方面有所成就，不仅与阿拉伯人研究了托勒密的制图学有关”，而且与“中国的制图学”传到西方有关，肯定中国图学对西方图学所做的贡献[3-4]。

对中国图学持否定态度的，表现在对中国丰富的图学史料的忽视和对所取得的图学成就的低估，在许多西方学者看来中国古代没有图学。在论述图学发展的历史时，他们对中国的古代图学采取回避态度，许多论点亟待斟酌。发表在《工程图学学报》1999年第3期上介绍中国图学科学成就的文章，曾详细介绍了这方面的内容。西方学者的这些观点，影响中国，流播甚远，国内不少的学者在对中国的图学没有深入研究的情况下，也认为中国没有图学，古代图学理论中没有焦点透视，甚或认为这是中国图学和中国绘画的一大缺陷[5-6]。

《画法几何及制图科学论文选编》的编者们注意到这一点，并不吝篇幅，收入了图学学科发展历史的论文，该文集收入的图学史研究方面的内容为中国图学史，即北京师范大学赵擎寰提交的“中国古代工程制图发展初探”，这篇论文是作者多年从事图学史研究的重要成果，全文26页，插图13幅，是本论文集中最长的论文之一。

“中国古代工程制图发展初探”一文，共分 5个部分，作者以中国历史的发展为脉络，讨论了中国工程制图的孕育与诞生，中国古代工程制图的成长，中国古代工程制图体系的形成，中国资本主义萌芽时期及其前后的工程制图。

赵擎寰认为：中国是世界上制图发达的最早国家之一，从殷商起，至今已有一脉相承的三千年的可考历史。它为灿烂的古代文化的创造作出了贡献，也随着社会的发展而不断发展。它的发生、发展，与中国自古发达的手工业不可分割。随着生产的发展，预想表达工作要求不断提高，劳动人民在制图实践中长期积累，获得了许多创造性的成就，至中世纪的唐宋时期，已经出现了接近今日常用的多种图法，形成了自己的体系。这些技术传至明清，当经济发达地区出现了资本主义萌芽的时期，中国工程制图也具备了进一步发展为近代工程制图的足够条件。

赵擎寰的这些观点也为以后的中国工程图学史的进一步研究所证实。

最后，文章提出了作者研究中国工程图学史的心得体会：“中国古代工程制图的发展与自古发达的毛笔画分不开。新石器时代中国就发明了毛笔，用以画彩陶上的装饰花纹。以后兴起线画，工匠一直用毛笔作建筑图样。隋唐以后的画家吸收工匠的界画法，形成界画一派，界画的发展又影响工匠的图样画法，因而在图样里轴测法界画取得了高度成就。”这一观点，不仅肯定了中国图学的成就，也提出了中国文化对图学发展所起到的重要作用。

3 《画法几何及制图科学论文选编》的科学价值

1963年12月湖北省制图学会的建立以及在武汉市举行成立大会暨科学报告会，在中国图学学科建构，乃至中国科技史中具有十分重要的意义。这是因为学会的建立，不仅是科学发展走向成熟的一个重要标志，同时也是科学走向未来的基础；它表明科学的研究应当由团结一致、相互支援的有素质的科学家们自己担任起来。而图学专业学会的建立，说明图学学科在中国的建制化，并将促进学术研究成果的发布和会员之间的交流；以及在学会积极倡导下，致力于图学与历史语境中的社会互动的理解，传播图学知识和图学文化，推动图学在中国得到蓬勃发展。

固然，20世纪60年代出版的《画法几何及制图科学论文选编》一书，在中国图学史特别是在现代图学史上，也占有十分非常重要的地位，它对于今天的人们了解当时中国图学工作者的理论研究、绘制技术提供了不可或缺的文献资料，因而具有十分重要的科学价值。然而，只要对比世界图学研究的进展，就可以看到当时中国图学与世界图学的差距；同在1963年，美国麻省理工学院林肯实验室的萨瑟兰德(Ivan E.Sutherland)发表的博士论文《SKETCHPAD：一个人机通讯的图形系统》中，首次提出了计算机图形学(computer graphics)这个术语，以及交互技术、分层存储符号的数据结构等新思想；萨瑟兰德开拓性的工作是当时的中国图学工作者无法企及的。

但是，仍然可以从论文选编一书所具有的学科视野，来考察其所具有的科学价值。

(1) 从科学技术发展的历史来看，工程图学是人类文明的重要因素，也是一门人类共同关注与研究的科学前沿学科。研究图与形关系的图学，其实质就是把三维空间里的几何元素投影到三个正交的二维投影平面上，并将它们展开成一个平面，得到由三个二维投影面组成的正投影综合视图来表示这些几何元素的数学方法。直到现在，图学的这种方法，仍然是工程技术用来表示物体的一种主要办法。因此，工程图学的发展是衡量一个社会、一个时代科学技术水平的重要标志。

学会是学科建立和学术共同体形成的标志之一，中国工程图学的历史，源远流长，在几千年的发展历程中，高潮迭起，成就甚丰。然而，工程图学作为一门科学的学科在中国的建立，时间着实很短。中国近代工程图学的引进及其教育，产生了大量从事图学工作的科学家，导致了图学学会建立的需要。1963年12月湖北省制图学会的成立，标志着工程图学学科在中国的创立，其科学报告会及其论文集的出版与发表，也代表着制图学术研究在中国的渐趋成熟；这也为1980年中国工程图学学会(China Engineering GraphicsSociety，CEGS)的建立，奠定了学科发展的基础。

(2) 《画法几何及制图科学论文选编》一书，在中国科技史与图学发展史上有着极其重要的文献价值。在中国数千年的历史文献中，有大量有关涉及工程制图的历史典籍，这些典籍是对中国科技发展历程的总结，也是对图学学科发展历程的总结，其中有科技价值极高的图学专著与图学实践的标准文献。无论是宋代的《营造法式》、《新仪象法要》，还是元代的《农书》、《梓人遗制》都详实地记载了图学在科学技术与建筑工程的应用，这些图学文献，有着完整的工程技术语言与图学技术方面的实践与系统。然而，尚乏付诸文字的图学理论以及画法技术的专门研究文献。明代末年的《几何原本》、《远西奇器图说》，虽介绍了西方的几何学与近代工程技术的发展与进步，但都是译自西方的原著。清代后期，虽有《器象显真》、《运规约指》等引进西方图学的理论与画法，亦是阐述他人。而《画法几何及制图科学论文选编》一书，确实是我国图学工作者在会通与吸纳现代图学的同时，不断超越、不断创新的第一部系统研究图学理论与图学实践的论文集，也体现了20世纪60年代中国图学工作者学术研究的成果与水平。

(3) 《画法几何及制图科学论文选编》的编辑思想，参与论文选编的学者，确定了十分严谨的选编原则，即以联系生产实际为核心、以科学前沿为背景，关注科学发展现状，渗透图学科学的研究为主线；所选论文涉及画法几何在生产实际或其他学科中的应用、制图技术、理论与方法等，选上的论文，可见作者思维活跃，手段新奇，学者们将新的图学理念、新的图学方法带到了画法几何及制图科学的研究，其论文今天读来，亦足借鉴。他们的选题与研究，乃至在文本版面编辑上，精益求精，也为中国当代工程图学的研究以及学科的发展做出了楷模[7-8]。

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

[2] 湖北省科学技术协会, 湖北省制图学会, 湖北省科学技术情报研究所. 画法几何及制图科学论文选编[C].武汉： [s.n.], 1965： 1-222.

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

[4] 切特维鲁新 H Φ. 工程画法几何[M]. 梁升照, 译. 北京： 高等教育出版社, 1985： 271-274.

[5] 霍恩贝格 F. 工程画法几何[M]. 洪钟德, 译. 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] 刘克明. 中国工程图学史[M]. 武汉： 华中科技大学出版社, 2003： 165-185, 203-210, 239-258, 305-316.

[8] 刘克明. 中国图学思想史[M]. 北京： 科学出版社, 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

刘克明(1950–)，男，湖北武汉人，工学博士。主要研究方向为中国科技史、中国图学史。E-mail：liukeming@mail.hust.edu.cn