孟兆祯虚心向前辈请教，得知明代的《园冶》《长物志》和清代的《闲情偶寄》是中国园林的三部经典著作。在这三部典籍中，唯有计成撰写的《园冶》专门论述园林，被日本学者推崇为“世界最古造园学名著”。瞭解这些信息后，孟兆祯着手研究《园冶》。
《园冶》用骈文写作，文辞古奥，园林学家陈从周先生称其“令人生畏，夙称难解”。大多数现代学者难以窥其堂奥，更无从运用。孟兆祯认为，理解《园冶》，既要从字面上疏通文意，更要将其与中国园林的实践结合起来，以实践总结理论，以理论验证实践。因此，他开始广泛踏查北京、江苏、浙江、四川、广东等地的传统园林，寻找这些案例与《园冶》理论的关系。青年孟兆祯精力充沛，遍览中国大小园林。在这些踏查中，他逐渐发现，中国园林似乎有一套独特的设计理法。
早在1964年，孟兆祯在自己撰写的首篇论文中已涉及传统园林设计理法问题，但尚不成体系，经过反复研究，时隔近50年，直到2012年他才完整地提出由“借景”发散的中国园林设计理法体系：“通过将中国的园林游历一番后，可以明显看到：作品虽然千变万化，却又有其万变不离其宗和共同遵循的设计、创作序列。中国园林艺术从创作过程来看，设计序列有以下主要环节：明旨、相地、立意、布局、理微和余韵。而‘借景’作为中心环节与每个环节都构成必然依赖关系。将以上序列进一步加以归纳，可以将园林艺术创作的过程分为两个阶段：景意和景象。前者属于逻辑思维，而后者属于形象思维。从逻辑思维到形象思维是一种从抽象到具象的飞跃，非一蹴而就，但终究是必须而且可行的。”这一体系的提出，使《园冶》的造园理论顿时透彻。该理法上承古代园林实践，可阐释中国古代园林的设计逻辑，下启现代园林建设，可直接指导城市园林规划设计，被学者誉为“解码了中国园林的核心逻辑”。这不仅深化了对《园冶》的理解，也为中国园林的理论研究和实践提供了新的思路和方法。
20世纪70年代末，孟兆祯前往承德避暑山庄调研，敏锐的他一眼就认定避暑山庄蕴含着丰富的园林艺术，是中国园林珍贵的遗存。他决心重新发掘和保护这座重要遗产。1981年春，他带领学生赴避暑山庄进行系统性的课题研究。尽管避暑山庄的许多景点遗迹当时已破败不堪，但孟兆祯总是充满乐观和热情，他冲在最前，爬上爬下，踏查，测绘，画图，研究。在山里没有做饭的条件，他们就只吃馒头，白天测绘完，晚上聚在一起讨论研究进展和遇到的问题。最终，他们完成了避暑山庄5处山区园林遗址的测绘与复原，并制作了5座复原模型。这些成果不仅展示了孟兆祯卓越的学术能力，也展现了他作为导师带领团队攻关的能力。
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