Сколько всё же кадров в секунду способен воспринимать человеческий глаз?

30 кадров в секунду? 60 кадров в секунду? Если вы когда-либо спорили о частоте кадров, у когнитивных исследователей, с которыми мы говорили, есть для вас несколько сложных ответов.

Какова максимальная частота кадров, которую видит человеческий глаз? Насколько ощутима разница между 30 Гц и 60 Гц? Между 60 Гц и 144 Гц? После какого момента бессмысленно выводить игру быстрее?

Ответы сложные. Вы можете не согласиться с некоторыми из них; некоторые из них могут даже разозлить вас. Эксперты по глазам и визуальному познанию, даже те, кто сами играют в игры, вполне могут иметь совершенно иную точку зрения, чем вы, о том, что важно в потоке изображений, отображаемых компьютерами и мониторами. Но человеческое зрение и восприятие — это странная и сложная вещь, и работает она не совсем так, как кажется.

Аспекты зрения

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

«У игроков в компьютерные игры одни из лучших глаз. «Если вы работаете с геймерами, вы работаете с действительно странной популяцией людей, которые, вероятно, работают на максимальном уровне», — говорит Джордан Делонг. Делонг-ассистент профессора психологии в Колледже Святого Иосифа в Ренсселере, и большинство его исследований посвящено зрительным системам.

Это потому, что зрительное восприятие можно тренировать, а экшн — игры особенно хороши для тренировки зрения.

«[Игры] уникальны, это один из немногих способов значительно улучшить почти все аспекты вашего зрения, такие как контрастная чувствительность, способность к вниманию и отслеживание нескольких объектов», — говорит Адриен Шопен, исследователь в области когнитивных наук. Настолько хорошо, что игры используются в зрительной терапии.

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

Восприятие движения

А теперь перейдем к некоторым числам. Первое, о чем следует подумать, — это частота мерцания. Большинство людей воспринимают мерцающий источник света как постоянное свечение со скоростью от 50 до 60 раз в секунду, или герц. Некоторые люди могут обнаружить легкое мерцание в люминесцентной лампе с частотой 60 Гц, и большинство людей увидят мерцающие пятна по всему зрению, если они сделают быстрое движение глаз, глядя на модулированные светодиодные задние фонари, которые есть во многих современных автомобилях.

Но когда речь заходит о восприятии плавных игровых кадров это только часть головоломки. И если вы слышали об исследованиях летчиков-истребителей, в которых они демонстрировали способность воспринимать изображение, мелькающее на экране в течение 1/250 секунды, это тоже не совсем то, о чем идет речь в восприятии плавных образов компьютерных игр. Это потому, что игры выводят движущиеся изображения, и, следовательно, вызывают различные визуальные системы по сравнению с теми, которые просто обрабатывают свет.

Например, есть такая штука, как закон Блоха. «По сути, это один из немногих законов восприятия», — говорит профессор Томас Бьюзи, доцент кафедры психологии и наук о мозге университета Индианы. Он говорит, что существует компромисс между интенсивностью и длительностью вспышки света, длящейся менее 100 мс. У вас может быть наносекунда невероятно яркого света, и она будет такой же, как десятая часть секунды тусклого света. «Как правило, люди не могут отличить короткие, яркие и длинные, тусклые стимулы в течение одной десятой доли секунды», — говорит он. Это немного похоже на взаимосвязь между выдержкой и диафрагмой в камере: если впустить много света с широкой диафрагмой и установить короткую выдержку, ваша фотография будет также хорошо экспонирована, как и фотография, сделанная при небольшом количестве света.

Но, хотя нам трудно различать интенсивность вспышек света менее 10 мс, мы можем воспринимать артефакты невероятно быстрого движения. «Они должны быть очень конкретными и особенными, но если бы вы захотели, вы могли бы увидеть артефакт на скорости 500 кадров в секунду», — говорит Делонг.

Специфика связана с тем, как мы воспринимаем различные типы движения. Если вы сидите неподвижно и наблюдаете за тем, как что-то движется перед вами, это совсем другой сигнал, чем то, что вы получаете, когда идете. «Они сосредоточены в разных местах», — говорит Делонг. «Средняя часть вашего зрения, фовеальная область, которая является наиболее детализированной, на самом деле представляет собой мусор, когда дело доходит до обнаружения движения, поэтому, если вы наблюдаете за движущимися объектами в центре экрана, это не так уж важно, какова частота обновления; вы не можете видеть этого этой частью вашего глаза». Но периферией наших глаз мы невероятно хорошо обнаруживаем движение. Когда периферийное зрение заполняет экран с частотой обновления 60 Гц или более, многие люди сообщают, что у них есть сильное ощущение, что они физически движутся. Отчасти именно поэтому VR-гарнитуры, которые могут работать с периферийным зрением, обновляются так быстро (90 Гц).

Также стоит подумать о некоторых вещах, которые мы делаем, когда играем, скажем, в шутер от первого лица. Мы постоянно контролируем взаимосвязь между движением мыши и обзором в перцептивном контуре 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, вероятно, догадывайтесь, что точного ответа на этот вопрос нет. Но есть несколько окончательных ответов, например: вы определенно можете почувствовать разницу между 30 Гц и 60 Гц.

Какую частоту кадров мы действительно видим?

«Конечно, 60 Гц лучше, чем 30 Гц, явно лучше», — говорит Бьюзи. Итак, одно из заявлений в интернете было отменено. А поскольку мы можем воспринимать движение с большей частотой, чем мерцающий источник света с частотой 60 Гц, уровень должен быть выше, но он не будет стоять рядом с числом. «Будь то плато на 120 Гц или вы получите дополнительное усиление до 180 Гц, я просто не знаю».

 

• Яйцо или курица: учёные наконец поставили точку в этом вопросе
• Эксперты установили ряд причин, по которым люди верят в призраков
• Прозрачные грызуны или зачем учёные покрасили мышей пищевым красителем

Делонг считает, что падение способности людей обнаруживать изменения плавности экрана составляет около 90 Гц. Конечно, поклонники могут отличить крошечные различия, но для всех остальных никакой разницы нет

.

Шопен смотрит на эту тему совсем по-другому. «Из литературы ясно, что вы не можете видеть ничего больше 20 Гц», — говорит он. И хотя я признаю, что сначала фыркнул в свой кофе, его аргумент вскоре стал иметь гораздо больше смысла.

Он объясняет, 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 составляет от 7 и 13 Гц. После этого наша чувствительность к движению значительно падает. «Когда вы хотите выполнить визуальный поиск, или многократное визуальное отслеживание, или просто интерпретировать направление движения, ваш мозг будет брать только 13 изображений из секунды непрерывного потока, поэтому вы усредняете другие изображения, которые находятся между ними, в одно изображение».

Обнаруженное исследователем Руфином ван Рулленом в 2010 году, это буквально происходит в нашем мозгу: вы можете видеть устойчивый импульс активности 13 Гц на ЭЭГ, и это дополнительно подтверждается наблюдением, что мы также можем испытать «эффект колеса телеги», который вы получаете, когда фотографируете вращающийся объект со спицами. При воспроизведении кадры могут показывать, что объект вращается в противоположном направлении. «Мозг делает то же самое», — говорит Шопен. — Это можно увидеть и без камеры. Учитывая все исследования, мы не видим никакой разницы между 20 Гц и выше. Давайте перейдем к 24 Гц, что является стандартом в киноиндустрии. Но я не вижу смысла идти дальше этого».

Здесь важно то, что Шопен говорит о том, что мозг получает визуальную информацию, которую он может обрабатывать и на которую может действовать. Он не говорит, что мы не можем заметить разницу между 20 Гц и 60 Гц кадрами. «То, что вы видите разницу, не значит, что вы можете стать лучше в игре», — говорит он. «После 24 Гц вы не станете лучше, но вы можете получить другой феноменологический опыт». Следовательно, есть разница между эффективностью и опытом.

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

Для Делонга разрешение также важно, но только в той небольшой центральной области глаза, которая заботится о нем и составляет всего пару градусов поля зрения. «Некоторые из самых удивительных вещей, которые я видел, были связаны с отслеживанием взглядов. Почему бы нам не сделать полное разрешение только для тех областей глаза, где это действительно нужно?» Но на самом деле его внимание сосредоточено на коэффициентах контрастности. «Когда мы видим действительно настоящие черные и яркие белые, это действительно впечатляет», — говорит он.

Что мы на самом деле знаем

После всего этого, что мы на самом деле знаем? Что мозг сложен, и что на самом деле нет универсального ответа, подходящего для всех.

Некоторые люди могут воспринимать мерцание источника света частотой 50 или 60 Гц. Более высокая частота обновления уменьшает заметное мерцание.

Мы лучше обнаруживаем движение периферией нашего зрения.

То, как мы воспринимаем вспышку изображения, отличается от того, как мы воспринимаем постоянное движение.

Когда дело доходит до восприятия изменений в изображениях, геймеры, скорее всего, обладают одними из самых чувствительных и натренированных глаз.

То, что мы можем воспринимать разницу между частотой кадров, не обязательно означает, что восприятие влияет на время нашей реакции.

Вдобавок ко всему мы должны также учитывать, 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 такую скорость (согласно некоторым серьезным углубленным тестам в TFTCentral, они, безусловно, отображают). И как человек, которому также нравились игры с 30 кадрами в секунду (а часто и меньше), отображаемые моими консолями, я могу связать их с предположением, что другие аспекты визуальных дисплеев могут лучше сочетаться с моим визуальным восприятием.

С другой стороны, мне бы хотелось бы услышать от профессиональных команд об их объективном опыте работы с частотой кадров и о том, как это влияет на производительность игроков. Возможно, они подтвердят или опровергнут современное научное мышление в этой области. Если геймеры настолько особенные, когда дело касается зрения, возможно, мы должны быть теми, кто возглавит новое понимание этого.

Источник: Pcgamer.

Поговорить?

Читайте нас где удобно

Ещё на эту тему было

• Яйцо или курица: учёные наконец поставили точку в этом вопросе
• Эксперты установили ряд причин, по которым люди верят в призраков
• Прозрачные грызуны или зачем учёные покрасили мышей пищевым красителем
• Люди поглощают нанопластик вместе с бутилированной водой
• На нашей планете появился новый минерал. Но ученые этому не рады
• Учи.ру запускает новую RPG-игру для школьников, полностью основанную на принципе game-based learning
• В будущих смартфонах могут использовать дисплеи из прозрачного древесного материала
• Физики изобрели новый метод охлаждения с помощью светодиодов

Для тех, кто долистал

Ай-ти шуточка бонусом. Если зайти далеко-далеко в лес и приложить андроидофон к уху, то можно услышать, как он жрет батарейку.