Ile klatek na sekundę tak naprawdę widzi ludzkie oko?

Zdecydowanie za dużo pierwszych minut spędzam w nowej grze, gdy w rogu ekranu działa licznik klatek na sekundę. Gram, bardzo wrażliwy na najmniejsze problemy, zmieniając i zmieniając ustawienia graficzne, aby zoptymalizować, i martwić się, i optymalizować i martwić się ponownie.

Przysięgam, że nie mam włączonego licznika przez cały czas. To byłoby niezdrowe, prawda? Ale liczba klatek na sekundę jest dla nas ważna. Jest to podstawowy miernik, według którego oceniamy zarówno nasz sprzęt, jak i techniczne aspekty gry. Czemu nie? Licznik klatek na sekundę nie kłamie. Podaje prostą, prostą liczbę. W niepewnym świecie jest to coś, czego możemy się trzymać.

Ale czy możesz Widzieć wysoka liczba klatek na sekundę? Tak zaczyna się spór stary jak gry komputerowe, ciągła i zagmatwana wojna, w której duma ściera się z chwiejną nauką. Ale pomijając wściekłość internetową, jest to interesujące pytanie, zwłaszcza że wiąże się z głównym sposobem, w jaki doświadczamy gier komputerowych. Co Jest maksymalna liczba klatek na sekundę widziana przez ludzkie oko? Jak odczuwalna jest różnica pomiędzy 30 Hz a 60 Hz? Między 60 Hz a 144 Hz? Od jakiego momentu szybsze wyświetlanie gry nie ma sensu?

Odpowiedź jest złożona i raczej nieporządna. Możesz nie zgadzać się z jego częściami; niektóre mogą nawet cię zdenerwować. Eksperci od wzroku i poznania wzrokowego, nawet ci, którzy sami grają w gry, mogą mieć zupełnie inne spojrzenie na to, co jest ważne w płynących obrazach wyświetlanych na komputerach i monitorach. Jednak ludzki wzrok i percepcja to dziwna i skomplikowana sprawa, która nie do końca działa tak, jak się wydaje.

Aspekty widzenia

Pierwszą rzeczą, którą należy zrozumieć, jest to, że różnie postrzegamy różne aspekty widzenia. Wykrywanie ruchu to nie to samo, co wykrywanie światła. Inną rzeczą jest to, że różne części oka działają inaczej. Centrum twojego pola widzenia jest dobre w innych sprawach niż peryferie. Inną rzeczą jest to, że istnieją naturalne, fizyczne ograniczenia tego, co możemy dostrzec. Światło przechodzące przez rogówkę potrzebuje czasu, aby stać się informacją, na podstawie której mózg może zareagować, a nasz mózg może przetwarzać te informacje tylko z określoną prędkością.

Jeszcze jedna ważna koncepcja: całość tego, co postrzegamy, jest większa niż to, co może osiągnąć jakikolwiek pojedynczy element naszego układu wzrokowego. Ten punkt ma fundamentalne znaczenie dla zrozumienia naszego postrzegania wzroku.

Nie da się przewidzieć zachowania całego systemu na podstawie jednej komórki czy jednego neuronu – mówi mi Jordan DeLong. DeLong jest adiunktem psychologii w St Joseph’s College w Rensselaer, a większość jego badań dotyczy systemów wzrokowych. W rzeczywistości możemy dostrzec rzeczy, takie jak szerokość linii lub dopasowanie dwóch linii, mniejsze niż to, co może zrobić pojedynczy neuron, a to dlatego, że uśredniamy tysiące neuronów. Twój mózg jest w rzeczywistości o wiele dokładniejszy niż jego pojedyncza część.

klucz do garażu Curtisa

Gracze… [są] naprawdę dziwną populacją ludzi, którzy prawdopodobnie działają blisko maksymalnych poziomów [widzenia].

Adiunkt Jordan DeLong

I w końcu jesteśmy wyjątkowi. Gracze w gry komputerowe mają jedne z najlepszych oczu na świecie. Jeśli pracujesz z graczami, masz do czynienia z naprawdę dziwną populacją ludzi, którzy prawdopodobnie działają na poziomie zbliżonym do maksymalnego, mówi DeLong. To jest ponieważ Percepcję wzrokową można trenować, a gry akcji szczególnie dobrze ćwiczą wzrok .

[Gry są] wyjątkowe, to jeden z niewielu sposobów na znaczne zwiększenie prawie wszystkich aspektów wzroku, a więc wrażliwości na kontrast, zdolności uwagi i śledzenia wielu obiektów, mówi mi Adrien Chopin, badacz z tytułem doktora w dziedzinie nauk kognitywnych. Tak dobrze, że gry są wykorzystywane w terapiach wizualnych.

Zanim więc wściekniesz się na badaczy mówiących o liczbie klatek na sekundę, którą możesz, a której nie możesz dostrzec, poklep się po plecach: jeśli grasz w gry wymagające akcji, prawdopodobnie jesteś bardziej wyczulony na liczbę klatek na sekundę niż przeciętny człowiek.

Postrzeganie ruchu

Przejdźmy teraz do kilku liczb. Pierwszą rzeczą, o której należy pomyśleć, jest częstotliwość migotania. Większość ludzi postrzega migoczące źródło światła jako stałe oświetlenie z częstotliwością 50 do 60 razy na sekundę, czyli w hercach. Niektórzy ludzie potrafią wykryć lekkie migotanie w świetlówce o częstotliwości 60 Hz, a większość ludzi zobaczy migoczące smugi w polu widzenia, jeśli wykonają szybki ruch gałek ocznych, patrząc na modulowane tylne światła LED, które można znaleźć w wielu nowoczesnych samochodach.

Ale to tylko część układanki, jeśli chodzi o postrzeganie płynnego materiału z gry. A jeśli słyszałeś o badaniach na pilotach myśliwców, w których wykazano zdolność postrzegania obrazu migającego na ekranie przez 1/250 sekundy, to również nie do końca o to chodzi w postrzeganiu płynnych, płynnych obrazów z gier komputerowych . To jest ponieważ gry generują ruchome obrazy i dlatego odwołują się do innych systemów wizualnych niż te, które po prostu przetwarzają światło.

Na przykład jest coś takiego, jak tzw Prawo Blocha . Zasadniczo jest to jedno z niewielu praw rządzących percepcją, mówi mi profesor Thomas Busey, zastępca kierownika katedry na Wydziale Psychologii i Nauk o Mózgu Uniwersytetu Indiana. Mówi, że istnieje kompromis pomiędzy intensywnością i czasem trwania błysku światła trwającego krócej niż 100 ms. Możesz mieć nanosekundę niewiarygodnie jasnego światła, która będzie wyglądać tak samo, jak jedna dziesiąta sekundy przyćmionego światła. Ogólnie rzecz biorąc, ludzie nie potrafią rozróżnić krótkich, jasnych i długich, ciemnych bodźców w ciągu jednej dziesiątej sekundy czasu trwania – mówi. To trochę jak związek pomiędzy czasem otwarcia migawki a przysłoną w aparacie: wpuszczając dużo światła przy szerokiej przysłonie i ustawiając krótki czas otwarcia migawki, zdjęcie będzie równie dobrze naświetlone, jak to zrobione po wpuszczeniu niewielkiej ilości światła światło przy wąskiej przysłonie i ustawieniu długiego czasu otwarcia migawki.

Ale chociaż mamy problemy z rozróżnieniem intensywności błysków światła krótszych niż 10 ms, możemy dostrzec artefakty niewiarygodnie szybkiego ruchu. Muszą być bardzo specyficzne i wyjątkowe, ale jeśli chcesz, możesz zobaczyć artefakt przy 500 fps, mówi mi DeLong.

Specyfika wiąże się ze sposobem, w jaki postrzegamy różne rodzaje ruchu. Jeśli siedzisz nieruchomo i obserwujesz poruszające się przed tobą przedmioty, jest to sygnał zupełnie inny niż widok, który widzisz, gdy idziesz. Koncentrują się na różnych miejscach, mówi DeLong. Środkowa część pola widzenia, obszar dołka, który jest najbardziej szczegółowy, w rzeczywistości jest w zasadzie śmieciem, jeśli chodzi o wykrywanie ruchu, więc jeśli oglądasz poruszające się obiekty na środku ekranu, nie jest to aż tak duży problem jaka jest częstotliwość odświeżania; nie da się tego zobaczyć tą częścią oka.

wygodne fotele do gier

Ale na obrzeżach naszych oczu niezwykle dobrze wykrywamy ruch . Wiele osób, które mają ekran wypełniający pole widzenia peryferyjnego i aktualizuje się z częstotliwością 60 Hz lub wyższą, zgłasza silne wrażenie, że się fizycznie porusza. Częściowo dlatego gogle VR, które mogą działać w trybie widzenia peryferyjnego, aktualizują się tak szybko (90 Hz).

Warto także wziąć pod uwagę niektóre rzeczy, które robimy, grając, powiedzmy, w strzelankę pierwszoosobową. Stale kontrolujemy związek między ruchem myszy a widokiem w pętli percepcyjnego sprzężenia zwrotnego motorycznego, nawigujemy i poruszamy się w przestrzeni 3D, a także wyszukujemy i śledzimy wrogów. Dlatego stale aktualizujemy nasze rozumienie świata gry za pomocą informacji wizualnych. Busey twierdzi, że zalety płynnego, szybko odświeżającego obrazu wynikają z postrzegania ruchu na dużą skalę, a nie drobnych szczegółów.

Ale jak szybko możemy dostrzec ruch? Po tym wszystkim, co przeczytałeś powyżej, prawdopodobnie możesz się domyślić, że nie ma dokładny odpowiedzi. Istnieje jednak kilka ostatecznych odpowiedzi, takich jak ta: z całą pewnością można dostrzec różnicę między 30 Hz a 60 Hz.

Jakie liczby klatek na sekundę naprawdę możemy zobaczyć?

Z pewnością 60 Hz jest lepsze niż 30 Hz, zdecydowanie lepsze, mówi Busey. To jedno z roszczeń internetowych zostało wycofane. A ponieważ możemy dostrzec ruch z większą częstotliwością niż migoczące źródło światła o częstotliwości 60 Hz, poziom powinien być wyższy, ale nie będzie to żadna liczba. Czy to plateau przy 120 Hz, czy też dodatkowe podbicie do 180 Hz, po prostu nie wiem.

Myślę, że zazwyczaj, gdy przekroczysz 200 klatek na sekundę, obraz wygląda jak normalny, rzeczywisty ruch” – mówi DeLong. Jednak patrząc bardziej regularnie, jego zdaniem spadek możliwości wykrycia przez ludzi zmian w płynności ekranu występuje przy częstotliwości około 90 Hz. Jasne, miłośnicy mogą być w stanie dostrzec maleńkie różnice, ale dla reszty z nas czerwone wino jest czerwonym winem.

Chopin patrzy na ten temat zupełnie inaczej. Z literatury jasno wynika, że ​​nie widać nic powyżej 20 Hz – mówi mi. I chociaż przyznaję, że początkowo prychnąłem do kawy, jego argument wkrótce zaczął nabierać większego sensu.

Z pewnością 60 Hz jest lepsze niż 30 Hz, wyraźnie lepsze.

Profesor Thomas Busey

Wyjaśnia mi, że kiedy wyszukujemy i kategoryzujemy elementy jako cele w strzelance pierwszoosobowej, śledzimy wiele celów i wykrywamy ruch małych obiektów. Na przykład, jeśli weźmiemy pod uwagę wykrywanie ruchu małego obiektu, jaka jest optymalna częstotliwość czasowa obiektu, który można wykryć?

Badania wykazały, że odpowiedź mieści się w przedziale od 7 do 13 Hz. Po tym czasie nasza wrażliwość na ruch znacznie spada. Jeśli chcesz przeprowadzić wyszukiwanie wizualne, śledzenie wielokrotne lub po prostu zinterpretować kierunek ruchu, Twój mózg wykona tylko 13 obrazów na sekundę ciągłego przepływu, więc pozostałe obrazy znajdujące się pomiędzy nimi uśrednisz w jeden obraz.

Odkryty przez badacza Rufina van Rullena w 2010 roku, dzieje się to dosłownie w naszych mózgach : w EEG widać stały puls aktywności o częstotliwości 13 Hz, co dodatkowo potwierdza obserwacja, że ​​możemy również doświadczyć „ efekt koła wozu otrzymasz, fotografując materiał filmowy przedstawiający wirujący obiekt ze szprychami. Odtworzony materiał filmowy może sprawiać wrażenie przedstawiającego obiekt obracający się w przeciwnym kierunku. Mózg robi to samo – mówi Chopin. Można to zobaczyć bez aparatu. Biorąc pod uwagę wszystkie badania, nie widzimy różnicy między częstotliwością 20 Hz i wyższą. Przejdźmy do 24 Hz, które jest standardem w branży filmowej. Ale nie widzę sensu przekraczania tego poziomu.

W tym artykule opisano liczbę klatek na sekundę, jaką może dostrzec ludzkie oko. Słoń w pokoju: jak szybko możemy reagować do tego, co widzimy? To ważne rozróżnienie między grami a filmem, warte osobnego artykułu.

Dlaczego więc gry mogą czuć wyraźnie różni się przy 30 i 60 fps? Dzieje się tu więcej niż tylko liczba klatek na sekundę. Opóźnienie wejściowe to czas, jaki upływa pomiędzy wprowadzeniem polecenia, zinterpretowaniem tego polecenia przez grę i przesłaniem go do monitora, a przetworzeniem i wyrenderowaniem obrazu przez monitor. Zbyt duże opóźnienie wejściowe sprawi, że każda gra będzie działać wolno, niezależnie od częstotliwości odświeżania wyświetlacza LCD.

Jednak gra zaprogramowana do działania z szybkością 60 klatek na sekundę może potencjalnie wyświetlać dane wejściowe szybciej, ponieważ klatki to węższe wycinki czasu (16,6 ms) w porównaniu do 30 klatek na sekundę (33,3 ms). Czas reakcji człowieka zdecydowanie nie jest tak szybki, ale nasza zdolność do uczenia się i przewidywać może sprawić, że nasze reakcje będą wydawać się znacznie szybsze.

Ważne jest tutaj to, że Chopin mówi o tym, jak mózg zdobywa informację wizualną, którą może przetworzyć i na którą może oddziaływać. Nie mówi, że nie możemy zauważyć różnicy pomiędzy materiałem filmowym 20 Hz i 60 Hz. To, że widzisz różnicę, nie oznacza, że ​​możesz być lepszy w grze , on mówi. Po 24 Hz nie będzie lepiej, ale możesz mieć pewne fenomenologiczne doświadczenia, które są odmienne. Istnieje zatem różnica pomiędzy skutecznością a doświadczeniem.

I chociaż Busey i DeLong uznali estetyczny wygląd płynnej liczby klatek na sekundę, żaden z nich nie uważał, że liczba klatek na sekundę jest najważniejszym elementem technologii gier, co być może robimy. Dla Chopina zdecydowanie ważniejsza jest rozdzielczość. Jesteśmy bardzo ograniczeni w interpretowaniu różnicy w czasie, ale prawie nie mamy ograniczeń w interpretowaniu różnicy w przestrzeni, mówi.

gra internetowa

Dla DeLonga rozdzielczość jest również ważna, ale tylko dla małego, centralnego obszaru oka, który na nią zwraca uwagę, a który stanowi tylko kilka stopni pola widzenia. Niektóre z najbardziej fascynujących rzeczy, jakie widziałem, dotyczyły śledzenia wzroku. Dlaczego nie zastosujemy pełnej rozdzielczości tylko dla tych obszarów oka, gdzie faktycznie tego potrzebujemy? Ale jego prawdziwy nacisk położony jest na współczynniki kontrastu. Kiedy widzimy naprawdę prawdziwą czerń i jasną biel, robi to na nas naprawdę wrażenie – mówi.

Co naprawdę wiemy

Po tym wszystkim, co tak naprawdę wiemy? Że mózg jest skomplikowany i że tak naprawdę nie ma uniwersalnej odpowiedzi, która pasowałaby do wszystkich.

• Niektórzy ludzie mogą dostrzec migotanie w źródle światła o częstotliwości 50 lub 60 Hz. Wyższe częstotliwości odświeżania zmniejszają zauważalne migotanie.
• Lepiej wykrywamy ruch na obrzeżach pola widzenia.
• Sposób, w jaki postrzegamy błysk obrazu, różni się od tego, jak postrzegamy ciągły ruch.
• Gracze częściej mają jedne z najbardziej wrażliwych i wytrenowanych oczu, jeśli chodzi o dostrzeganie zmian w obrazie.
• To, że potrafimy dostrzec różnicę pomiędzy liczbą klatek na sekundę, nie musi koniecznie oznaczać, że percepcja wpływa na nasz czas reakcji.

Nie jest to więc łatwy temat, a poza tym musimy także rozważyć, czy nasze monitory rzeczywiście są w stanie wyświetlać obrazy przy tak dużej liczbie klatek na sekundę. Wiele z nich nie przekracza częstotliwości 60 Hz, więc Busey ma wątpliwości, czy monitory reklamowane z częstotliwością 120 Hz rzeczywiście wyświetlają tak szybko (według niektórych bardzo szczegółowych testów pod adresem Centrala TTF , z pewnością tak). Jako osoba, która również lubiła gry w 30 klatkach na sekundę (a często raczej mniej) renderowanych przez moje konsole, mogę się z nimi utożsamić, sugerując, że inne aspekty wyświetlaczy wizualnych mogą lepiej łączyć się z moją percepcją wzrokową.

Z drugiej strony chciałbym usłyszeć od profesjonalnych drużyn o ich obiektywnych doświadczeniach z liczbą klatek na sekundę i jej wpływem na wydajność graczy. Być może potwierdzą lub zaprzeczą obecnemu myśleniu nauki w tej dziedzinie. Jeśli gracze są tak wyjątkowi, jeśli chodzi o wizję, być może to my powinniśmy zainicjować nowe jej rozumienie.