Сколько кадров в секунду действительно может видеть человеческий глаз?

Я провожу слишком много своих первых нежных минут в новой игре со счетчиком частоты кадров, работающим в углу экрана. Я играю, сверхчувствительно реагируя на мельчайшие заминки, погружаясь в настройки графики и выключая их для оптимизации, и беспокоюсь, и оптимизирую, и снова волнуюсь.

Клянусь, у меня не постоянно работает этот счетчик. Это было бы вредно для здоровья, правда? Но частота кадров для нас важна. Это основной показатель, по которому мы оцениваем как наше оборудование, так и технические характеристики игры. И почему бы нет? Счетчик частоты кадров не врет. Он сообщает прямое и простое число. В нестабильном мире мы можем поддержать это.

Но можешь ли ты видеть высокая частота кадров? Так начинается спор, старый, как компьютерные игры, постоянная и запутанная война, в которой гордость сталкивается с шаткой наукой. Но если оставить в стороне интернет-ярость, это интересный вопрос, особенно потому, что он связан с основным способом, которым мы играем в компьютерные игры. Что является максимальную частоту кадров, которую видит человеческий глаз? Насколько ощутима разница между 30 Гц и 60 Гц? Между 60 Гц и 144 Гц? После какого момента бессмысленно показывать игру быстрее?

Ответ сложен и довольно неопрятный. Вы можете не согласиться с некоторыми частями этого утверждения; некоторые могут даже разозлить вас. Эксперты по глазному и зрительному познанию, даже те, кто сам играет в игры, вполне могут иметь совершенно иную точку зрения, чем вы, на то, что важно в плавных изображениях, отображаемых компьютерами и мониторами. Но человеческое зрение и восприятие — странная и сложная вещь, и она работает не совсем так, как кажется.

Аспекты видения

Первое, что нужно понять, это то, что мы по-разному воспринимаем разные аспекты зрения. Обнаружение движения — это не то же самое, что обнаружение света. Другое дело, что разные части глаза работают по-разному. Центр вашего зрения хорош в разных вещах, чем периферия. И еще одна вещь: существуют естественные, физические ограничения того, что мы можем воспринимать. Свету, проходящему через роговицу, требуется время, чтобы стать информацией, на которую может воздействовать ваш мозг, а наш мозг может обрабатывать эту информацию только с определенной скоростью.

Еще одна важная концепция: все, что мы воспринимаем, превосходит то, чего может достичь любой элемент нашей зрительной системы. Этот момент имеет основополагающее значение для понимания нашего восприятия видения.

«Невозможно предсказать поведение всей системы, основываясь на одной клетке или одном нейроне», — говорит мне Джордан Делонг. Делонг — доцент кафедры психологии в колледже Святого Иосифа в Ренсселере, и большая часть его исследований посвящена зрительным системам. На самом деле мы можем воспринимать такие вещи, как ширина линии или двух совпадающих линий, меньшими, чем то, что может сделать отдельный нейрон, и это потому, что мы усредняем тысячи и тысячи нейронов. На самом деле ваш мозг гораздо точнее, чем одна его отдельная часть.

SSD для игрового компьютера

Геймеры... [являются] действительно странной группой людей, которые, вероятно, работают на максимальном уровне [зрения].

Доцент Джордан Делонг

И, наконец, мы особенные. У игроков в компьютерные игры одни из лучших глаз. «Если вы работаете с геймерами, вы работаете с действительно странной группой людей, которые, вероятно, работают на максимальном уровне», — говорит ДеЛонг. Это потому что зрительное восприятие можно тренировать, а экшн-игры особенно хорошо тренируют зрение. .

«[Игры] уникальны: это один из немногих способов значительно улучшить почти все аспекты вашего зрения, включая контрастную чувствительность, способность к вниманию и отслеживание нескольких объектов», — говорит мне Адриен Шопен, постдокторант в области когнитивных наук. Настолько хорошо, что игры используются в визуальной терапии.

Поэтому, прежде чем злиться на исследователей, говорящих о том, какую частоту кадров вы можете и не можете воспринимать, похлопайте себя по плечу: если вы играете в динамичные игры, вы, вероятно, более восприимчивы к частоте кадров, чем средний человек.

Восприятие движения

Теперь давайте перейдем к некоторым цифрам. Первое, о чем следует подумать, это частота мерцания. Большинство людей воспринимают мерцающий источник света как постоянное освещение с частотой от 50 до 60 раз в секунду или герц. Некоторые люди могут обнаружить легкое мерцание люминесцентной лампы с частотой 60 Гц, а большинство людей увидят мерцающие пятна в глазах, если сделают быстрое движение глаз, глядя на модулированные светодиодные задние фонари, которые есть во многих современных автомобилях.

Но это лишь часть головоломки, когда дело доходит до восприятия плавных игровых кадров. И если вы слышали об исследованиях пилотов-истребителей, в которых они продемонстрировали способность воспринимать изображение, мелькающее на экране в течение 1/250 секунды, это тоже не совсем то, что представляет собой восприятие плавных, плавных изображений компьютерных игр. . Это потому что игры выводят движущиеся изображения и, следовательно, задействуют зрительные системы, отличные от тех, которые просто обрабатывают свет.

Например, есть такая штука под названием закон Блоха . По сути, это один из немногих законов восприятия, говорит мне профессор Томас Бьюзи, заместитель заведующего кафедрой психологии и наук о мозге Университета Индианы. В нем говорится, что существует компромисс между интенсивностью и продолжительностью вспышки света длительностью менее 100 мс. Вы можете иметь невероятно яркий свет наносекунду, и она будет выглядеть так же, как десятая доля секунды тусклого света. По его словам, в целом люди не могут различать короткие, яркие и длинные, тусклые стимулы длительностью в одну десятую секунды. Это немного похоже на взаимосвязь между выдержкой и диафрагмой в фотоаппарате: если пропустить много света с широкой диафрагмой и установить короткую выдержку, ваша фотография будет так же хорошо экспонирована, как и фотография, сделанная с помощью небольшого количества света. свет с узкой диафрагмой и установкой длинной выдержки.

Но хотя у нас есть проблемы с различением интенсивности вспышек света длительностью менее 10 мс, мы можем воспринимать невероятно быстрые артефакты движения. «Они должны быть очень конкретными и особенными, но при желании вы могли бы увидеть артефакт со скоростью 500 кадров в секунду», — говорит мне ДеЛонг.

Специфика связана с тем, как мы воспринимаем различные типы движения. Если вы сидите неподвижно и наблюдаете, как что-то движется перед вами, это совсем другой сигнал, чем тот, который вы видите, когда идете. По словам Делонга, они сосредоточены в разных местах. Средняя часть вашего зрения, фовеальная область, которая является наиболее детальной, на самом деле представляет собой довольно много мусора, когда дело доходит до обнаружения движения, поэтому, если вы наблюдаете за движущимися предметами в середине экрана, это не так уж и важно. какова частота обновления; Вы не сможете увидеть это этой частью глаза.

Монастырская головоломка bg3

Но на периферии наших глаз мы невероятно хорошо улавливаем движение . Когда экран, заполняющий их периферийное зрение и обновляющийся с частотой 60 Гц или выше, многие люди сообщают, что у них возникает сильное ощущение физического движения. Отчасти поэтому VR-гарнитуры, которые могут работать периферийным зрением, обновляются так быстро (90 Гц).

Также стоит учитывать некоторые вещи, которые мы делаем, когда играем, скажем, в шутер от первого лица. Мы постоянно контролируем взаимосвязь между движением мыши и видом в цикле перцептивной моторной обратной связи, мы ориентируемся и перемещаемся в трехмерном пространстве, а также ищем и отслеживаем врагов. Поэтому мы постоянно обновляем наше понимание игрового мира с помощью визуальной информации. Бьюзи говорит, что преимущества плавных, быстро обновляющихся изображений заключаются в нашем восприятии крупномасштабного движения, а не мелких деталей.

Но как быстро мы можем воспринимать движение? После всего, что вы прочитали выше, вы, наверное, догадались, что никаких точный ответы. Но есть несколько однозначных ответов, например: вы совершенно определенно можете почувствовать разницу между 30 Гц и 60 Гц.

Какую частоту кадров мы действительно можем увидеть?

«Конечно, 60 Гц лучше, чем 30 Гц, явно лучше», — говорит Бьюзи. Итак, один интернет-иск отменен. А поскольку мы можем воспринимать движение с более высокой скоростью, чем мерцающий источник света с частотой 60 Гц, уровень должен быть выше этого, но он не будет соответствовать числу. Я просто не знаю, стабилизируется ли это на частоте 120 Гц или вы получите дополнительный прирост до 180 Гц.

«Я думаю, что обычно, когда вы достигаете скорости выше 200 кадров в секунду, это выглядит как обычное, реальное движение», — говорит Делонг. Но если говорить более обыденно, он считает, что снижение способности людей обнаруживать изменения в плавности экрана приходится на частоту около 90 Гц. Конечно, поклонники могут заметить крошечные различия, но для остальных из нас красное вино — это красное вино.

Шопен смотрит на эту тему совершенно иначе. Из литературы понятно, что больше 20 Гц ничего увидеть нельзя, — говорит он мне. И хотя я признаю, что сначала я фыркнул в чашку кофе, его аргументы вскоре обрели гораздо больше смысла.

Конечно, 60 Гц лучше, чем 30 Гц, явно лучше.

Профессор Томас Бьюзи

Он объясняет мне, что когда мы ищем и классифицируем элементы как цели в шутере от первого лица, мы отслеживаем несколько целей и обнаруживаем движение небольших объектов. Например, если вы возьмете обнаружение движения небольшого объекта, какова оптимальная временная частота объекта, который вы можете обнаружить?

Исследования показали, что ответ находится между 7 и 13 Гц. После этого наша чувствительность к движению значительно падает. Когда вы хотите выполнить визуальный поиск, многократное визуальное отслеживание или просто интерпретировать направление движения, ваш мозг возьмет только 13 изображений за секунду непрерывного потока, поэтому вы усредните другие изображения, которые находятся между ними, в одно изображение.

Обнаружен исследователем Руфином ван Рулленом в 2010 году. это буквально происходит в нашем мозгу : вы можете видеть устойчивый импульс активности частотой 13 Гц на ЭЭГ, и это также подтверждается наблюдением, что мы также можем испытывать Эффект колеса телеги вы получаете, когда фотографируете вращающийся объект со спицами. При воспроизведении может показаться, что объект вращается в противоположном направлении. Мозг делает то же самое, говорит Шопен. Это можно увидеть без камеры. Учитывая все исследования, мы не видим разницы между частотой 20 Гц и выше. Давайте перейдем к частоте 24 Гц, которая является стандартом киноиндустрии. Но я не вижу смысла идти выше этого.

Эта статья о том, какую частоту кадров может воспринимать человеческий глаз. Слон в комнате: как быстро мы сможем реагировать тому, что мы видим? Это важное различие между играми и фильмами, достойное отдельной статьи.

Так почему же игры могут чувствовать заметно отличается при 30 и 60 кадрах в секунду? Здесь происходит нечто большее, чем частота кадров. Входная задержка — это количество времени, которое проходит между вводом команды, интерпретацией этой команды игрой и передачей на монитор, а также обработкой и рендерингом изображения монитором. Слишком большая задержка ввода приведет к замедлению работы любой игры, независимо от частоты обновления ЖК-дисплея.

Но игра, запрограммированная на скорость 60 кадров в секунду, потенциально может отображать ваши действия быстрее, поскольку кадры представляют собой более узкие промежутки времени (16,6 мс) по сравнению с 30 кадрами в секунду (33,3 мс). Время реакции человека определенно не такое уж и быстрое, но наша способность учиться и предсказывать может заставить наши ответы казаться намного быстрее.

Здесь важно то, что Шопен говорит о том, что мозг получает визуальную информацию, которую он может обрабатывать и на основе которой он может действовать. Он не говорит, что мы не можем заметить разницу между кадрами с частотой 20 Гц и 60 Гц. То, что вы видите разницу, не означает, что вы можете быть лучше в игре. , он говорит. После 24 Гц вам не станет лучше, но у вас может возникнуть другой феноменологический опыт. Таким образом, существует разница между эффективностью и опытом.

И хотя Бьюзи и ДеЛонг признавали эстетическую привлекательность плавной частоты кадров, никто из них не считал, что частота кадров — это самое главное в игровой технологии, что, возможно, и есть у нас. Для Шопена решимость гораздо важнее. «Мы очень ограничены в интерпретации разницы во времени, но у нас почти нет ограничений в интерпретации разницы в пространстве», — говорит он.

души демонов на ПК

Для ДеЛонга разрешение также важно, но только для небольшой центральной области глаза, которая заботится об этом и которая составляет всего пару градусов вашего поля зрения. Некоторые из самых интересных вещей, которые я когда-либо видел, были связаны с отслеживанием взгляда. Почему бы нам не сделать полное разрешение только для тех участков глаза, где оно нам действительно нужно? Но его настоящее внимание сосредоточено на коэффициентах контрастности. «Когда мы видим по-настоящему настоящие черные и ярко-белые цвета, это действительно впечатляет», — говорит он.

Что мы действительно знаем

Что мы на самом деле знаем после всего этого? Что мозг сложен и что универсального ответа, применимого ко всем, действительно не существует.

• Некоторые люди могут ощутить мерцание источника света с частотой 50 или 60 Гц. Более высокая частота обновления уменьшает заметное мерцание.
• Мы лучше обнаруживаем движение на периферии нашего зрения.
• То, как мы воспринимаем вспышку изображения, отличается от того, как мы воспринимаем постоянное движение.
• У геймеров, скорее всего, одни из самых чувствительных и тренированных глаз, когда дело доходит до восприятия изменений в изображении.
• Тот факт, что мы можем почувствовать разницу между частотой кадров, не обязательно означает, что восприятие влияет на время нашей реакции.

Так что это непростая тема, и, помимо всего этого, нам также нужно подумать, действительно ли наши мониторы способны выводить изображения с такой высокой частотой кадров. Многие из них не превышают 60 Гц, и Бьюзи задается вопросом, действительно ли мониторы, рекламируемые с частотой 120 Гц, отображают так быстро (согласно серьезному углубленному тестированию, проведенному в США). ТФЦентрал , они, конечно, есть). И как человек, которому также нравятся игры со скоростью 30 кадров в секунду (а часто и меньше), отображаемые на моих консолях, я могу относиться к ним, предполагая, что другие аспекты визуального отображения могут лучше сочетаться с моим визуальным восприятием.

С другой стороны, мне бы хотелось услышать от профессиональных команд об их объективном опыте работы с частотой кадров и о том, как она влияет на производительность игроков. Возможно, они подтвердят или опровергнут нынешние научные взгляды в этой области. Если геймеры настолько особенные, когда дело доходит до видения, возможно, именно мы должны стать инициаторами его нового понимания.