洪洞水神庙亦称“明应王殿”，位于山西省洪洞县城东北17公里处的霍泉源头，是祭祀霍泉神——明应王李冰的庙宇。在其主殿明应王殿内四壁绘有200多平方米的精美壁画。
据题记载，此壁画是元泰定元年（公元1324年），由洪洞、赵城一带的“绘画待诏”：东安村赵国祥、周村商君锡、南祥村景彦政等人绘制完成。洪洞水神庙壁画艺术笔法苍劲、设色浑厚典雅、内容丰富，有著名的戏剧壁画“大行散乐忠都秀在此作场”；有表现水府诸神的祈雨图和降雨图；有充满宫廷氛围的司宝图、尚食图和充满生活气息的庭院梳妆图、渔翁售鱼图等。
除此之外，还有园林、村舍、街市以及各种人物、民俗，包括了社会、经济、文化、戏曲、体育、娱乐、建筑等各个方面，是一组完整的囊括诸多方面内容的充满了浓郁生活气息和地方色彩的元代壁画珍品，充分体现了元代山西地区绘画艺术成就，为我们研究中国古代壁画艺术以及社会、宗教等方面提供了翔实的史料。
同时，洪洞水神庙壁画艺术是在传统艺术的基础上，经过长期探索和演变，继承和发展起来的，元代的科学技术的进步，为壁画艺术提供了更为广泛的材质、工具和表现内容。因此，论文以洪洞水神庙壁画的壁制材料及其工艺和壁画的绘制技法为研究对象，以展示其技术内涵，从一个侧面反映元代山西地区科学技术的发展状况，为我们认识元代的科学技术发展水平提供重要的图像资料。
一、洪洞水神庙元代壁画中的绘制技法
洪洞水神庙壁画中的各种造型写实、逼真、绘制精确，画工们把现实生活中的自然景物、古式建筑、宫廷人物、民俗民风以及人物服饰衣着、表情动作等方面的内容运用一定的绘制技术全部揉于画面之中，表现得栩栩如生，淋漓尽致，极富艺术魅力，所以水神庙壁画不仅是一座蕴藏丰富的艺术宝库，同时也是一座反映中国古代绘图技术成就的殿堂。
（一）透视法在水神庙壁画中的应用
透视（perspective）是指透过透明平面来观看事物，从而研究它们的形状。透视理论亦称“中心投影理论”，是研究在平面上如何把我们看到的物象投影成形的原理和法则的学科，即研究在平面上立体造型的规律。在中国古代绘画理论中称之为“远近法”。
元代的画工们将这种按照正确的比例方法表达物体的尺寸和形状的绘画理论和方法应用于水神庙壁画的人物、器物、建筑、山水等内容的表达之中，使壁画描绘的内容达到了细致入微的程度。而且元代的画工们不仅只是定性地了解描绘物体要遵循近大远小的视觉规律，还清楚地知道通过定量的计算确定地描画处于不同位置的物体。以《祈雨图》为例，画面最下方的地方官吏手持奏折跪在台阶下，台阶的描绘按照近大远小的透视理论和等比规律向内递减，显示出一种空间延伸的感觉。
（二）水神庙壁画蕴涵的光学原理
壁画的色彩称为装饰色彩，它是以色彩学的光学原理为基础，但不同于绘画的色彩光学理论，而是强调色彩的心理学意义，即色彩对人心理的影响。它以形式美的需要为出发点，以主观意识为主导选择，基本上不考虑固有色，可以理想化、浪漫化地处理颜色而不必顾忌自然规律，具体的说，就是要符合装饰色彩的一般原理。
洪洞水神庙壁画以暖色为基调，朱砂、朱膘、石黄、土朱为主，当这类暖色作用于人的视觉时，能够刺激人的心理反应，激发出人的主观感受。同时壁画兼用石青、石绿平涂。冷暖对比使人的眼睛处于兴奋状态，这是因为不同明度、彩度、色相吸收和反射光的波长不同，对人的视网膜的刺激也不同，色调对比越强，刺激的起伏越大，造成的心理感应越强，因此壁画的色彩以红色和绿色为主。
但是色彩对比强烈，画面容易不谐调，为克服此弊端，元代的画工们通过降低色彩纯度，用朱砂、朱膘、石青、石绿等低纯度的色彩处理画面，同时用土黄等中介色间隔对比色，使色彩协调起来，画面显得既丰富又和谐，从而形成了水神庙壁画色彩明艳，富丽浑厚的特点。
二、洪洞水神庙元代画壁中的材料工艺
洪洞水神庙元代壁画受它所依托的材料工艺的影响，而材料工艺和当时的生产力发展密切相关。宋元时期科学技术的进步，为壁画艺术提供了更为广泛的材质和表现内容，促使这一时期的壁画艺术登上历史上的第一座高峰。
（一）洪洞水神庙画壁的壁质材料
洪洞水神庙在殿堂墙壁的下部用青砖砌筑高1米左右的坎墙（亦称“下肩”），再加上殿身下部设有高出地面的台基，这样可以充分防止潮气上侵，对于保持墙体通风干燥、防止壁画受潮变质均有重要的作用。而用于绘制壁画的墙体，是用土坯或未烧制的砖坯砌筑，土坯或未烧制的砖坯可以吸收或散发因气温变化而产生的热气。此外土坯的收缩率与墙体外表砂泥墙皮的收缩率较接近，因而不会使墙体和壁面由于收缩不一而产生裂缝和泥皮空鼓。而且土坯泥皮墙体收缩自然产生的缝隙可以通风，易于墙内湿气流通。
据《营造法式》卷十三“泥作制度·画壁”载：“造画壁之制，先以粗泥搭络毕，候稍干，再以泥横被竹篾一重，以泥盖平。又候稍干，钉麻华以泥分披令匀，又用中泥细衬，泥上施沙泥，后水脉定收压十遍，令泥面光泽。凡和细沙，每白沙两斤，用胶土一斤，麻捣，择洗净者七两”。
洪洞水神庙用于绘制壁画的墙面的材料是用粗泥中加入麦秸、麦糠而成，除粗泥中用麦秸、麦糠而不用竹篾、中细泥和细砂中用麻筋、纸筋、棉花者之外，壁质构造与《营造法式》吗，卷十三“泥作制度·画壁”的规定基本吻合。而在粗泥之外均有分披四周的麻揪，以预防泥皮脱落，这种做法就是《营造法式》“钉麻华以泥分披令匀”规定的实物见证。
画壁是壁画所依附的壁面，虽然我们欣赏壁画时并不关心画壁的结构，但画壁的结构质量对壁画的影响巨大，所以洪洞水神庙壁画能够保存至今，与当时科学、合理的壁质构造有着直接的关系。
（二）洪洞水神庙画壁的制作工艺
据《营造法式》卷十四“彩画制度·衬地之法”载：“凡斗栱梁柱及画壁，皆先以胶水遍刷（其贴金地以鳔胶水），贴真金地，候鳔胶干，刷白铅粉，候干，又刷凡五遍，次又刷土朱铅粉（其贴金地以鳔胶水），亦五遍（上用熟薄胶水贴金，以棉按，令著实，候干，以玉或玛瑙或生狗牙，令光）。五彩地（其碾玉装，若用青绿叠晕着同），候胶水干，先以白土遍刷，候干，又以铅粉刷之。碾玉装或青绿棱间者（刷雄黄绿者同），候胶水干，用青淀和茶土刷之（每三分中，二分青淀，二分茶土）。沙泥画壁亦候胶水干，以好白土纵横刷之（先立刷，候干，次横刷，各一遍）”
从对洪洞水神庙画壁的构造分析，结合《营造法式》中的相关记载推测，其制壁工艺程序大致是：第一层是先用粗泥铺底，再将细沙洗净，和黄土（沉淀过筛）、麻筋、麦秸秆用水和匀，在壁面上厚抹一层压紧，并在该层表面用瓦刀划一些斜线痕纹以使第二层浆料着壁牢固。第二层是先将黄土中加入水和成乳状后掺进碎的白麻纸，再加细沙涂抹成厚度约2至3厘米的第二层，压紧压平。最后，在已经制成的壁面上刷以掺有含胶质的“闻喜白土”水两三遍，干后壁面呈现出洁白平整的效果，即可作画。
这种在土胚墙外分别抹三层质地不同的材料的画壁，既有利于壁画的制作，又利于壁画色彩的保存，并且自成体系，世代相传，直到清代仍未发生太大变化。这是山西古代独创且自成体系的寺观壁画的技艺发明。
壁画是在二次元的平面上创造形象，在造型的空间规律中，二次元是平面的，具有高、宽两个向度，能产生形象，但没有深度。那么，如何在平面的二次元墙壁上创造出具有空间感的图像，使人们产生真实的立体和空间的感觉？这是洪洞水神庙壁画在创作过程中运用科学的绘制技法的动机。同时，山西古代壁画艺术有着辉煌悠久的历史，不同时期壁画的艺术特色，受当时它所依托的材料工艺的影响。而绘画技法和材料工艺和当时的生产力发展密切相关。从这个角度可以说，整个山西壁画史本身就是一个完整的材料工艺史，特别是大型壁画群的绘制，除了沿用固定的一般严格工艺程序以外，对特殊艺术效果的不懈追求，又是专门技术工艺发明的直接动力。
由此可见，艺术和科学技术是不可分割的，不同时期的壁画艺术既是科学技术发展的产物，同时它也反映了当时的科学技术的发展与进步。洪洞水神庙元代壁画依据当时的科学技术水平，把元代的绘制技术和材料技术运用到壁画的绘制和画壁的制作中，不仅客观真实地再现了中国古代壁画艺术的发展脉络，而且也反映了元代山西地区科学技术的发展与进步，为我们认识元代绘画、建筑、科技等方面的面貌和成就提供了重要的图像资料，由此也说明了科学技术发展对壁画艺术发展的促进作用。
