神奈川巨浪|浮世绘大师葛饰北斋绘画技巧里的算法思想和入微观察
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说起日本江户时期的浮世绘大师葛饰北斋 ， 大概每个人脑子里都会浮现出那幅《神奈川巨浪》 ， 它已经是一个日本文化的标志性存在 ， 哪怕从来没有去过霓虹国的人 ， 估计也早就在各种画册、影视或日料店里看了不下一百次 。
整个世界范围内 ， 它的艺术影响力都是不言自明的 ， 德加、马奈等印象派画家均为其折服 ， 它甚至启发音乐家德彪西做出了三个乐章的《大海》 ， 诗人里尔克则为它写下了《山岳》 。
这张葛饰北斋70岁左右画成的杰作 ， 年份大概在1830-1833年间 ， 是他的“富岳三十六景”里面的一张 ， 和《凯风快晴》、《山下白雨》并为其代表作 。
“三十六景”通过从不同角度去观察富士山 ， 留下了它在各种天气和时节下的身影 ， 初版36张 ， 故得此名 ， 其实后来又追加了10张 ， 所以一共有46张 。
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▲ 凯风快晴
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▲ 山下白雨
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《神奈川巨浪》画面展现的是巨大的惊涛骇浪中 ， 三条渔船船身倾斜颠簸命悬一线的场景 ， 在其中一条渔船背后 ， 遥远的富士山占据了比较重要的位置 ， 而在积雪皑皑的山头上空 ， 可以看到的云似乎是积雨云 。
巨浪背光部分用了较大几块蓝色 ， 蓝色曾经是非常贵的颜料 ， 但由于便宜的普鲁士蓝在江户时期经由海岸商贸进入了日本 ， 所以葛饰北斋可以大量地使用而不心疼 。
而画中这些渔船 ， 是为了渔业贸易而开发的快速货船 ， 称为oshiokuri-bune ， 可装载从鲜鱼、干鱼到大米、蔬菜、木炭和原木在内的等各种物品 。
神奈川如今已经被并入了横滨 ， 但回到葛饰北斋生活的时代 ， 前者的地位却是更重要的 ， 两者地位转变发生在这幅画完成后大约20年间 ， 神奈川港是当时美国人希望日本开放的港口 ， 但日本政府提出折中方案 ， 即开放附近的一个小渔村横滨 ， 这个渔村很快就在规模和作用上取代了神奈川港 。 有趣的是 ， 《神奈川巨浪》正好是把视角放到了今天横滨港的位置 。
除了江户时期的社会风貌和地缘背景 ， 画面中可以读到的信息还有很多 ， 甚至它也是科学界的研究对象 。
上个世纪70年代一手创建分形理论的美籍法国数学家B.B.芒德布罗数次援引神奈川巨浪作为自相似性的例子 ， 在他的《自然的分形几何》（The Fractal Geometry ofNature）一书中 ， 就以葛饰北斋的画笔来解释海洋中经常可见的碎波分形特性 。
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把神奈川巨浪和分形联系起来 ， 绝对不是一种勉强附会 ， 葛饰北斋在1812年出版了一本用以教学的教材《略画早指南》 ， 第一卷就讲到通过圆形、十字线、三角等基本形状的叠加可以得到物体的轮廓 。
其中一幅名为《海上富士》的示例木版画中 ， 可以清晰地看到他在波浪及其尖端使用不同尺度上的重复模式（分形）的痕迹 ， 碎波最后变成了鸟类并飞向远处的富士山 。
另有一幅《雷暴中的富士山》 ， 我们甚至可以在右侧山体上看到类似于一种Julia集的板块 。 Julia集是一个在复平面上形成分形的点的集合 ， 以法国数学家Gaston Julia的名字命名 。
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▲ 海上富士
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▲ 雷暴中的富士山
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▲ 一种Julia集合
可以说 ， 葛饰北斋的绘画技巧已经很有现代意味 ， 其中带着算法思想和入微观察 ， 这和他一直以来的自我训练是分不开的 。
他74岁那年（1834）出版了作品集《富士山百景》 ， 后记中写道：从6岁起 ， 我就养成了写生的习惯 。 从50岁起 ， 我开始创作大量艺术作品 ， 但我在70岁之前所做的一切都不值得关注 。
73岁时 ， 我开始掌握鸟兽、昆虫和鱼类的结构 ， 以及植物的生长方式 。 只要我继续努力 ， 到80岁我一定会对它们有更深的了解 ， 到90岁我就会渗透到它们的本质 。
到100岁我希望能对它们有一个非凡的理解 ， 而到110岁的时候 ， 我可能已经达到了这样一个阶段 ， 那就是我所画的每一个点、每一笔都是有生命的 。
愿那些德高望重的人觉得我没有太贪心 。
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《神奈川巨浪》对于科学家的另一个莫大吸引之处就在于他们想搞清楚这个巨浪的形成 ， 到底是出于什么原因 。 最初 ， 它被认为是海啸引起的 ， 但也存有诸多疑点 。
2009年 ， 英国皇家学会的科学史期刊《注释与记录》刊登了Julyan Cartwright和Hisami Nakamura两人撰写的《神奈川巨浪到底是什么波？》 ， 此文结合其所处历史时期 ， 以及画面中波浪的表现 ， 做了详尽分析 ， 指出这个巨浪不太可能是海啸带来的 。
因为通过和船体大小的比较大致可以算出这个浪高达10-12米 ， 然而结合与富士山的距离能得到的信息是它所处的位置还在海湾内 ， 与海岸离得较远 ， 海啸在这个地段尚无法激起如此高的浪 。
这种10米以上的巨浪更有可能是被叫做“反常波”（freak wave）或“流氓波”（rogue wave）的物理现象 。
2013年 ， 《注释与记录》还刊登了另一篇讨论这副名画的文章《关于葛饰北斋的神奈川巨浪：定位、线性和来自亚南极水域的流氓波》 ， 把它和一幅真实中拍到的巨浪（流氓波）做了比较 ， 指出了它们在形态上的相似 ， 一个重要特征是两者都存在几个大振幅的周围波 。
流氓波是一种非线性波 ， 而海啸波在宽阔的水域中其动力学行为都是遵循线性波的 ， 只有到达距离岸边1/7个波长之处才会掺入非线性机制而骤然抬高 ， 这也解释了上面提到的一点 ， 即为何在海湾范围内海啸波不会如此巨大 。
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这种超乎寻常的巨浪也会被叫做Draupner波 ， 1995年1月1日 ， 有人在挪威海岸附近的北海Draupner平台上发现过一条高度超过25米的海浪 。
而在最近 ， 来自英国、苏格兰和澳大利亚的一个国际研究小组利用爱丁堡大学的FloWave海洋能源研究中心的设施 ， 居然在实验室中成功做出了神奈川巨浪 。
首席作者、牛津大学工程科学系研究助理Mark McAllister表示 ， 他们破解了“流氓波”的配方：只需要两个较小的波群以大约120度的角度相交 ， 这样的话 ， 波峰下的水平流体速度会被抵消 ， 产生的波浪能变得更高而不会发生断裂 。
这一发现将使科学家对反常波浪的理解“从单纯的民间传说转变为可信的现实世界现象” 。
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通过在实验室中重现Draupner波 ， 人们将进一步了解这种现象的潜在机制 ， 研究小组希望这项工作能应用于日常 ， 帮助海洋科学家们预测潜在的灾难性波浪 。
倘若葛饰北斋泉下有知 ， 也会对自己的作品能如此深入到事物的本质而开心不已吧 。
References：
https://royalsocietypublishing.org/doi/full/10.1098/rsnr.2007.0039
https://royalsocietypublishing.org/doi/full/10.1098/rsnr.2012.0066
https://ucsdvis159.wordpress.com/2015/03/02/fractals-in-fine-art
M. L. McAllister, S.Draycott, T. A. A. Adcock, P. H. Taylor ， Laboratory recreation of the Draupner wave and the role of breaking in crossing seas ， Journal of Fluid Mechanics
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