構成
"黃金比例"的理論從文藝復興時期開始發展，和古希臘、回教藝術中"神聖幾何"的概念相關聯。黃金比例被認為是"上天賜予"、最完美、經濟的比例。它讓藝術家能夠以一種公認最美麗的方式將圖像平面化分為二，實際施作的方式是將一個長方形劃分成正方形與小長方形兩個塊面，而剩下小的長方形比例須與原來的大長方形相同。雖然歐幾里得、畢達哥拉斯早在西元前600年就曾以數學方式研究此現象，但到了文藝復興時期這樣的原理才重新被詮釋，黃金比例被認為是和諧、完美的代表。文藝復興時期數學家盧卡．帕西奧里甚至將它在這方面的研究寫成神聖比例一書。許多藝術家也採用黃金比例創作，例如畢耶格．法蘭些斯卡與李奧納多．達文西。
發明
對李奧納多．達文西而言，藝術是一種探索的方式。藉由它能探索人類與自然的奧祕。他提議將解剖的身體畫下來已了解人體結構。數學法則的使用也很重要，因為這些法則透漏了自然定律。他細心研究各種呈現自然視界與人體的方法，並以繪畫表達。
李奧納多相信藝術家運用想像力將情緒灌注在作品內，他也是提倡素描繪畫的首要理論家之一，因為他認為素描有助於醞釀新發明，也易於將概念最初的精隨轉移到完成的繪畫之中。他甚至提議藝術家在缺乏靈感的時候，應該為牆上的裂縫做素描已獲得靈感。
李奧納多留下的文字筆繪畫來得多，他的筆記本裡充滿了各種對自然與哲學的想法。雖然他在生前並無作品付梓，但他過世後這些文字廣為流傳，他對繪畫與藝術的想法，以及繪畫做為對自然與科學探索的延伸深具影響力。
吉勃帝與布魯內萊斯基的對決
文藝復興熱衷於重新詮釋古典藝術，從吉勃帝與布魯內萊斯基兩位藝術家的競賽就可看出來。1401年翡冷翠聖若望洗禮堂雇用多位藝術家設計教堂大門。吉勃帝將想像融入古典主義風格而獲得最高的讚賞，嚴格來說那不是古典主義風格，而是一種把古典與現實連結的範例。而布魯內萊斯基輸了這場比賽，因為他已較平淡的方式臨摹古典主義看起來太多僵硬。
透視學
雖然布魯內萊斯基輸了那場競賽，但他對文藝復興的一項重大發現頗有貢獻：透視學。
透視是一種對景觀的詮釋手法，讓藝術家得以在一張紙上摹擬三維立體的空間。這套系統雖然先在布魯內萊斯基的筆記"合理的構造"出現，但另一位建築師阿爾貝蒂才讓透視學普及。阿爾貝蒂在"論繪畫"一書中建議藝術家應該依所見而話，憑藉眼的觀察，而不是依單純想像。這套理論著重於數學與理性法則，以精細安排的格線、平行線、消失點做為基礎。值得強調的是，人的視覺不仰賴透視法則辨認，因為兩隻眼睛沒有一個固定的透視點。也有其他表現深度與體感的繪畫方式，例如古埃及壁畫中的空間安排是以水平方式排列。
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