一、利用指南针进行的海上航行法与新海图
亚细亚文化进入地中海
十字军东征时期（1096—1291）欧洲的复兴，是从意大利城邦夺回伊斯兰教徒控制下的地中海周边岛屿，重新掌握交易主动权的时候开始的。后来到了蒙古帝国时期，意大利城邦的交易通过蒙古商圈遍及欧亚大陆，伊斯兰文化和中国文化纷纷涌入地中海。地中海地区也逐渐积蓄起引发新变革的能量。
9世纪末以后，伊斯兰帝国逊尼派与什叶派之间的斗争越发激烈，什叶派在埃及建立法蒂玛王朝（909—1171），使两派之间彻底决裂。受此影响，伊斯兰势力逐渐失去对地中海诸多岛屿的控制权，西西里岛、撒丁岛、科西嘉岛、马略卡岛等岛屿陆续被基督教势力夺回。特别是法蒂玛王朝占领北非埃及之后，意大利城邦乘虚而入，热那亚和比萨于1034年和1087年分别占领了阿尔及利亚的波纳（现安纳巴）和突尼斯的马赫迪耶。从此地中海交易的要道——西西里海峡的制海权也落入了意大利人的手中。意大利城邦的商业从此开始复苏，最初是意大利南部的阿马尔菲和托斯卡纳地区的比萨，紧接着亚得里亚海附近的威尼斯、利古里亚海附近的热那亚也逐渐兴盛起来。这些都市积攒的巨额财富，成为文艺复兴时期重要的经济支撑。
1202年，在罗马教皇英诺森三世（1198—1216年在位）的号召下，欧洲诸国组织了第四次十字军东征（1202—1204）。实际上由威尼斯商人操纵的第四次十字军东征，却在两年后征服了同样属于基督教世界的君士坦丁堡。结果在第四次十字军东征之后，威尼斯和热那亚得以在东地中海一带活动。这比成吉思汗称霸蒙古高原的1206年还要早两年。
威尼斯商人在埃及的亚历山大港与活跃在亚细亚海域的伊斯兰商人进行交易，热那亚商人则在黑海北岸修建了塔纳和卡法等殖民城市，并且经由“草原通道”与西亚的伊尔汗国和东亚的元朝之间建立了陆地上的贸易往来。其结果使地中海地区的商业范围进一步扩大，亚洲的诸多文化也逐渐进入地中海区域。
在这一时期，地中海地区发生的变化如下：
1.由于伊斯兰世界的阿拉伯帆船的三角帆得到了普及，在逆风情况下利用Z字形船帆来保持前进的航海技术也得以实现。传统的横帆和三角帆被组合在一起，单独的桅杆也被三根桅杆所取代。
2.中国传来的指南针得到了改良和发展，地中海地区出现了使用指南针进行海上航行的海图（波特兰海图）。
3.伊斯兰世界用来测定星星高度的工具测天仪被带到地中海地区。直到15世纪中期，德国的雷格蒙塔努斯才制作出在一个木棍上带有另一根可以自由移动的短木棍形成直角的简易测天仪——“雅各之杖”。
4.中国传来的火药提高了火枪与火炮的实用性。
5.中国传来的造纸术和活字印刷术，使书籍与地图能够被大量印刷。
在这些变化中，对航海产生最大影响的就是指南针。随着指南针的出现，航海不再像以往那样需要依靠陆地景观作为参照物在岸边航行，而可以在海面上航行。到了14世纪，依靠指南针指示的方向进行航行的方法已经得到全面的普及。
指南针的应用催生了波特兰海图
指南针（compassus）的传入使欧洲的海洋世界发生了翻天覆地的变化。使用指南针的航海方法从依赖陆地景观的岸边航行法转变为重视方向的海上航行法，航海的方法也发生了急剧的改变。理所当然，远洋航海开始兴盛起来。在地中海区域，远离陆地的海面上诞生出无数的新航线。顺便说一句，compassus是由拉丁语的com（圆形）和passus（区分）组合而成的词语，意思是用圆形区分方向。众所周知，指南针起源于中国。中国早在战国（前403—前221）末期就已经发现了磁石总是会指向地球磁极的性质，并且将这一性质称为“司南”或者“指南”。到了宋代，搭乘戎克船出海的中国船员们会将磁石放在一个鱼形的木片中，然后让这个木片漂浮在水盆上，以此来作为检测航行方向的工具。后世普遍认为指南针是通过伊斯兰世界传入欧洲的，也有人认为意大利南部阿马尔菲的法比奥·乔亚在1302年将磁针和方向图组合在一起发明了航海用的指南针，但更多的人认为他只不过是将从中国传来的指南针进行改良而已。而欧洲的指南针最早是被固定在船上的，直到14世纪，欧洲才有可以移动的指南针。1560年，意大利的数学家卡尔达诺（1501—1576）发明了平衡环，据说因为其能够在船身摇晃的时候仍然保持水平，所以很快得到了普及。在从阿马尔菲港口通往市区的大门那狭小的广场上，时至今日仍然耸立着被阿马尔菲人认为是指南针发明者的法比奥·乔亚的铜像。
不管怎样，因为指南针的普及，测定船只方位变得异常容易，远洋航海也成为可能。由于使用指南针进行航海已经成为主流，那么便于发挥指南针优势的新型海图的出现也就顺理成章了。顺应这一时代潮流登场的就是波特兰海图。可以说，波特兰海图就是为了检索因为指南针的出现而诞生的“海上航线”的示意图。
为了能够在航海中直接应用波特兰海图，在羊皮纸或牛皮纸上用墨水真实地描绘出港口与海岸线的形状，并且在海洋的部分描绘有多个指南针（指南玫瑰）。从描绘在海面上的多个指南针上伸出表示方位的32条恒向线（loxodrome），船员只要沿着波特兰海图上的航线航行即可。
描绘在海图上的指南针被称为“指南玫瑰”，因为在最早的波特兰海图上，指南针被描绘成玫瑰的样子作为装饰。关于“指南玫瑰”，还有一种说法是因为古代的地图往往将“风”拟人化用来表示方位，所以是古代“风玫瑰”的变种。因为在古希腊，人们用不同的风神来代表不同的方位，用“风玫瑰”来表示12个方向。不过，也有人认为，“指南玫瑰”是受已经使用32个方向的指南针图进行航海的伊斯兰文明影响而产生的。
波特兰海图是在航行的实际过程中不断完善的注重实践的海图。因此波特兰海图完整地继承了在制作沿岸海图时的经验和想法。波特兰海图最大的缺点就是没有将地球看作一个球体，而是将大海描绘成一个平面。因此波特兰海图无法支持船只在曲面上航行，在广阔的海洋上航行时使用波特兰海图会产生很大的误差。不过在地中海这样比较狭小的海域则没有什么问题。
波特兰海图是以传统的沿岸航海用的海图的海岸线为基础进行制作的，因此以制作波特兰海图为契机，对传统海图的组合工作也得到了进一步的发展，海图所涉及的范围也更加广阔。原本只是作为简单的备忘录或者引导书使用的海图，在不断的积累后终于发生了质变，成为宏观视角的海图。而且，由于指南针（指南玫瑰）被描绘在海图上，因此海图的便利性大幅提高。在波特兰海图上，除了海岸线、航线、浅滩和暗礁的位置、港湾的状态、港口与港口之间的方向和距离等情况之外，还以与海岸线垂直的方式记录了很多地名，这样可以在旋转海图按照航线前进的时候更方便地查找到目的港口。
波特兰海图大多是用墨水在牛皮纸或羊皮纸上描绘而成，可以很方便地卷起来随身携带，因此经常会出现墨水褪色或者边缘磨损的情况，消耗非常大。同时伴随着海运的兴盛，对波特兰海图的需求量也不断增加，因此在这一时期出现了专门的海图制作人。
标准的波特兰海图
在莎士比亚（1564—1616）的著作《威尼斯商人》中有这样一段情节，高利贷商人夏洛克在讽刺富豪船主安东尼奥财产的不稳定性时这样说道：“船只不过是木板，水手也不过是人类罢了。地上有老鼠，海上也有老鼠。地上有强盗，海上也有强盗，也就是海盗咯。除此之外还有海啸、暴风、礁石等危险。”从事远洋贸易的商人们，绝大部分财产都压在船上，因此他们的财产总是和风险联系在一起。这些商人为了保证航海的安全，不惜花费重金购买更优秀和更准确的海图。制作精美的波特兰海图在当时可谓是抢手货。在13世纪，出现了依靠制作和销售海图为生的专门海图制作人。
波特兰海图是在便于携带而且结实耐用的羊皮纸上通过手绘制成，印刷在纸张上面的地图无法轻易取代其地位。优秀的波特兰海图被不断地临摹和传播，最终形成了标准的波特兰海图。
在波特兰海图的影响下，与传统的海图制作方法完全不同的海图诞生了。如果说“托勒密的世界地图”完全是学者出于对知识的渴求制作出来的话，那么波特兰海图就是为了在实际航海中准确应用而制作出来的。受天文学影响的俯瞰视角的地图，转变为站在海洋的角度实际应用的地图。
关于波特兰海图最早始于什么时候，现在已经无从考证，但现存最古老的波特兰海图是1300年左右制作于热那亚的“比萨图”。但“比萨图”的完成度非常高，因此人们推测在其之前肯定还有更早的波特兰海图存在。之所以会出现这种情况，一是因为波特兰海图很容易损耗，还有就是因为当时的船员和商人都将航海日志和海图看作自己财产的一部分，习惯将这些东西隐藏起来。也正因为如此，那些专业的海图制作人才不辞辛劳地收集航海情报，这也促使他们制作出标准的波特兰海图。
意大利城邦的商人们在地中海和黑海的主要都市修建了商馆，利用商船进行有组织的商业活动。各地的商馆组成了交易网，波特兰海图也随之被组合起来。随着商人交易活动的频繁，主要航线都被固定下来，波特兰海图也从个人财产转变为城邦商人的共有财产，变得更加普及。终于，随着航线从地中海扩大到大西洋，波特兰海图不再局限于意大利城邦，在巴塞罗那、马略卡岛的帕尔马等地也流行起来。虽然波特兰海图原本诞生于实用主义，但因为其越发流行，终于也出现了用华丽的色彩描绘出来的用于装饰的波特兰海图。
成为王侯贵族财产的波特兰海图
波特兰海图的特点之一，就是用指南玫瑰伸出的航线来代替经线和纬线。在波特兰海图上，以其中一个指南玫瑰为中心伸出32条航线，在其中16条线的中心点放置另外一个指南玫瑰，然后再从这个指南玫瑰上伸出32条航线，从而实现海图的扩展性。
据说在一张海图上可以放置17个指南玫瑰。也就是说，沿着任意一条在海图上复杂交叉的航线前进，都可以抵达港口。
在中世纪的欧洲，人们习惯用前文提到过的宗教性质的“地图·世界”（mappa mundi）来作为装饰用的地图。但是到了文艺复兴时期，装饰用的地图变成了波特兰海图。豪华的波特兰海图成为王侯贵族们展示自己财富的象征。这也说明人类的兴趣从宗教世界转变为大海对面的现实世界。从此，人类世界产生出以欧洲为中心的世界观，随着经济活动的不断拓展，整个世界的海洋都进入了人类的视野。波特兰海图将以宗教和天文学为基础的世界地图转变为诞生于现实生活中的世界地图。因为使用指南针，波特兰海图的中心方位总是磁针所指的“北方”，与以“东方”为中心方位的“地图·世界”完全不同。可以说，新地图的流行也意味着人们世界观的转变。
这些装饰精美、如同艺术品一般的波特兰海图，因为多数制作于马略卡岛和巴塞罗那，因此也被称为“加泰罗尼亚派的波特兰海图”。在“加泰罗尼亚派的波特兰海图”中，除了地中海和黑海地区之外，还描绘了非洲、西班牙、法国以及英国的海岸线，同时里面还有被犹太人与信仰伊斯兰教的船员、商人等带来的关于亚洲和非洲的信息，可以说已经具有了世界地图的雏形。
1300年左右制作于热那亚的波托兰海图“比萨图”，是现存最古老的波托兰海图
马略卡岛帕尔马的犹太人亚伯拉罕·克雷斯克斯（1325—1387）是一名拥有优秀技术的海图制作人，被称为“地图与指南针大师”，并且是阿拉贡国王的御用制图师。1375年，阿拉贡的王子命令他制作一幅地图，作为其赠送给当时还是法兰西王子的查尔斯六世（1380—1422年在位）的礼物。克雷斯克斯奉命制作了一幅长达8页的豪华彩色世界地图。这幅地图的第一页和第二页是加那利群岛和科西嘉岛，第三页和第四页是从意大利到黑海，第五页和第六页是从里海到印度，第七页和第八页是印度以东的区域。
克雷斯克斯描绘的这幅波特兰海图现存于巴黎的国家图书馆。因为这幅地图只是用来作为装饰而非航海，所以虽然上面描绘出了航线，但是却没有指南玫瑰。这幅被称为“加泰罗尼亚地图”的世界地图的中心部分不只有地中海和黑海，北非、西班牙、法国、英国等大西洋沿岸的地区都在其中。不过，在“加泰罗尼亚地图”上，描绘了很多想象中的人物、纹章、景色、动植物以及商队等装饰性的内容，有很强的百科全书性质，其中还用文字描述了很多希腊和罗马时期的神话传说、《圣经》故事以及旅行者记录等内容。
“加泰罗尼亚地图”根据马可·波罗带回来的关于东方的信息，在中国东方的海域描绘了很多岛屿，并且以元朝的首都大都为止标了一个记号，还在旁边描绘了忽必烈的画像。伏尔加河流域描绘的是钦察汗国，在钦察汗国东部描绘了一条由驮着货物的骆驼和马匹组成的丝绸之路。“加泰罗尼亚地图”为了准确地描绘出地图上的城市，非常认真地研究了马可·波罗的行程。因此，“加泰罗尼亚地图”也是现存最古老的、积极采用马可·波罗信息的地图。
