Небольшая часть аудитории «Хоббита» (те, кто занимается компьютерными играми) может оценить новаторский подход Джексона. Это происходит потому, что они привыкли видеть кадры, превышающие 30, а иногда и 60 кадров в секунду.
Сколько кадров в секунду (FPS) может видеть человеческий глаз
Многие из нас, особенно геймеры, проводят много времени, глядя на счетчик FPS в играх, постоянно оптимизируя FPS хотя бы до 60. Но могут ли они видеть на самом деле? Есть ли разница между 30, 60 или 120 кадр/с?
Ясно только то, что FPS очень важен для игр и является центральной метрикой для оценки производительности, а FPS лжет и не сообщает простых, прямых цифр.
В игровом мире один из самых часто задаваемых вопросов — сколько кадров в секунду может видеть человеческий глаз. Одни говорят, что нет никакой разницы при 40, а другие утверждают, что FP 120+ дает некоторым играм конкурентное преимущество. Какова «частота кадров» человеческого глаза? Насколько заметна разница между 30 Гц и 60 Гц на экране? А между 60 Гц и 144 Гц? Насколько важен более высокий FPS?
Ответы очень сложны и различны. Это связано с тем, что восприятие каждого человека различно. Многие из вас не согласятся с тем, что мы расскажем вам ниже, а многие другие почувствуют себя полностью идентичными. Неоспоримо то, что у экспертов по визуальному и зрительному интеллекту совсем другой угол зрения, чем у нас, игроков.
Аспекты человеческого зрения: что говорят эксперты
Прежде всего, необходимо понять, что люди воспринимают различные аспекты зрения по-разному, в зависимости от того, кем они являются. Обнаружение движения — это не то же самое, что обнаружение света, потому что разные части глаза ведут себя по-разному. Ярким примером этого является то, что то, что мы имеем в центре зрения (где мы фокусируемся), кажется более интенсивным, чем в регионах (из «уголков глаза»). Свету, проходящему через роговицу, требуется время, чтобы превратиться в информацию, которую может использовать мозг, а мозг может обрабатывать информацию только с определенной скоростью.
‘Нельзя предсказать поведение всей системы на основе одной клетки или нейрона’. — Джордан ДеЛонг, профессор психологии в Университете Святого Иосифа в Ренсселаере, США, говорит: «Мозг — это сложная система. Тысячи нейронов координируют свои действия. На самом деле, весь ваш мозг гораздо точнее, чем отдельные его части».
Существует множество исследований, подтверждающих, что зрение и восприятие у игроков намного лучше среднего, потому что мы потратили годы на «тренировку» наших глаз.
Когда вы работаете с игроками, вы работаете с небольшой частью населения, которая, вероятно, работает очень близко к максимальному уровню человека. Это связано с тем, что визуальное восприятие можно тренировать, а это — экшн-игры. В этом контексте игра уникальна. Это один из немногих способов значительно улучшить почти все аспекты зрения, так что контрастность, навыки внимания и чувствительность к нескольким объектам одновременно становятся намного лучше. На самом деле, этот метод очень хорош. Игры используются в визуальной терапии». — Адриан Шопен, исследователь когнитивных наук
Поэтому, прежде чем кто-то расстроится из-за того, что исследователи говорят о ритме FPS, который видит человеческий глаз, следует изучить, что игроки имеют «гораздо лучшие зрительные, аттенционные способности и способность следить за движущимися объектами, чем те, кто этого не делает». Следует помнить, что Игроки.
Восприятие движения
Теперь немного цифр. Первое, что необходимо учитывать, — это частота мерцания изображения. Большинство людей воспринимают мерцающий источник света, или пивот, как ровный свет с частотой 50-60 раз в секунду. Поэтому почти все воспринимают экран с частотой 60 Гц как сплошное изображение, а не как мерцание света, которое происходит на самом деле.
Но это лишь часть головоломки, когда речь идет о восприятии плавных изображений в играх. И если вы слышали об исследованиях пилотов истребителей, которые, как было доказано, способны воспринимать изображения на экране всего 1/250 секунды, то это даже не восприятие текучих изображений в электронных играх. Это связано с тем, что игры создают анимацию и тем самым заставляют различные зрительные системы просто обрабатывать свет.
Примером может служить так называемый закон Блоха. Этот закон предусматривает компенсацию между интенсивностью и продолжительностью яркой вспышки длительностью менее 100 миллисекунд. Можно иметь невероятно яркий наносекундный свет, и он будет выглядеть так же, как тусклый свет длительностью в одну десятую секунды. В целом, люди не могут различать тусклые, короткие, яркие и длинные стимулы в течение десятой доли секунды.
Это немного похоже на связь между выдержкой камеры и диафрагмой. Оставьте много света на широкой диафрагме и немного подкорректируйте выдержку, и снимок будет таким же хорошим, как если бы вы перетянули на меньший лоб.
Человеческому глазу трудно различать световые вспышки длительностью менее 10 миллисекунд, но он способен воспринимать артефакты и движение невероятно быстро. Это зависит от того, как воспринимаются различные формы движения. Если вы сядете неподвижно и начнете наблюдать за движением предметов перед вами, вы заметите это гораздо лучше, чем если бы вы делали это при ходьбе, поскольку стимулы разные.
Стоит также рассмотреть некоторые вещи, которые мы делаем, когда играем в игры. Например, в играх-стрелялках мы постоянно наблюдаем за взаимосвязью между движениями мыши и взглядом в перцептивно-моторной петле. Другими словами, когда мы двигаем мышью, наше зрение уже знает, что экран движется, что позволяет нам реагировать быстрее.
Поэтому, когда мы играем, мы постоянно снабжаем наше представление о мире игры визуальной информацией. Эксперты говорят, что гораздо более плавная игра наблюдается, когда есть осознание движения в целом, а не в конкретные моменты времени. определенную точку на экране.
Сегодня даже смартфоны могут записывать эти тонкие движения с помощью замедленного видео. Эта технология позволяет телефонам записывать больше изображений за более короткий промежуток времени.
24 кадра
Большинство фильмов, некоторые кадры снимаются со скоростью 24 кадра в секунду. Цена — это классический стандарт для фильмов, но это не значит, что он используется повсеместно.
Двенадцать кадров достаточно для генерации трафика, но это не использовалось, так как это минимум для достижения результата. По мере уменьшения количества используемых кадров в секунду изображение перестает восприниматься как плавное, и эффект исчезает. Было решено остановиться на 16 кадрах, и желаемый результат был достигнут. Впоследствии 16 кадров в секунду были приняты в качестве стандарта для производства немого кино.
Необходимость использовать больше кадров появилась с появлением компиляции. При записи в предыдущем формате возникали несоответствия между аудио- и видеодорожками. Недостаточное количество кадров означало, что компиляции были искажены, рассинхронизированы и не имели последовательного распознавания. Дополнительные 8 кадров в секунду были более плавными и помогли решить проблему. Для большего количества кадров требовалось больше пленки, которая в то время стоила недешево. Двадцать четыре кадра — это минимум для плавности, который используется и сегодня, так как это приемлемый стандарт для кино и проекции. Со временем модель стала менее важной. В последние годы все чаще говорят о переходе на новые технологии.
9 или 30
В видеоформате NTSC используется 30 к/с. В видеоформате NTSC используется 30 к/с. В видеоформате NTSC используется 30 к/с. В видеоформате NTSC используется 30 к/с. В видеоформате NTSC используется 30 к/с. Это стандарт трансмиссии в США, Канаде, Японии и многих других странах. Он хорошо совместим как с черно-белым, так и с цветным телевидением. Он имеет низкий уровень искажений, что положительно сказывается на качестве изображения.
В настоящее время большинство стран перестали использовать этот формат в своем вещании и перешли на цифровые стандарты вещания высокой четкости.
60 кадров
Частота кадров 60 используется в HDTV и широкоэкранных кинотеатрах IMAX.
Как уже упоминалось выше, человеческий глаз воспринимает изображения так же, как и все другие изображения, а не покадрово. Это означает, что чем больше кадров отображается в секунду, тем плавнее и четче изображение.
Использование большего количества — это вопрос времени, раньше было 16, теперь 24, 60. С каждым последующим увеличением частоты видеосигнала человеческий глаз все больше привыкает к нему.
Это означает, что в изображении должны быть пробелы. В конце концов, ширина «датчика» имеет одинаковый размер, поэтому «датчик» не может определить расстояние.
Механизм восприятия видео человеком
Когда количество неподвижных изображений достигает 12, человеческий глаз начинает воспринимать изменения неподвижного изображения в секунду как прерывистое движение. Когда частота достигает диапазона 18-26 кадров в секунду, зритель наблюдает движущуюся сцену и воспринимает ее как видео. Если FPS низкий, анимация будет выглядеть грубой; если слишком высокий, результат будет сюрреалистичным.
Одним из ключевых элементов для создания реалистичного видео является размытие движения. Когда мы наблюдаем за окружающими нас объектами, мы теряем детали, когда они быстро движутся. Другими словами, нам не хватает времени для восприятия всей зрительной информации, и мы теряем остроту зрения. В кино этот эффект создается за счет размытия, которое возникает естественным образом при смене кадров. Однако если FPS слишком высок, этот эффект теряется, и наблюдатель видит сюрреалистическую картину. Это делает невозможным для него поверить в происходящее на экране.
Почему на ТВ используют 24 кадра
В настоящее время ведущим отраслевым стандартом является 24 кадр/с, что вполне подходит для современной аудитории. Однако он был выбран по экономическим, а не театральным причинам. На ранних стадиях развития кино не было никаких указаний по частоте. Первые фильмы шли со скоростью от 16 до 20 кадров в секунду, но постепенно она увеличилась до 22-26, поскольку на этом уровне достигался оптимальный звук.
Томас Эдисон считал, что 46 кадров в секунду необходимы, поскольку более низкая скорость вредит глазам. Однако индустрия предпочла принять 24 кадр/с. Это связано с тем, что 24 FPS — самый медленный темп и позволяет воспроизводить реалистичное видео, сохраняя звук на оптимальном уровне. Режиссеры не хотели подниматься выше из-за финансовых последствий.
В настоящее время отрасль поддерживает три основные модели.
- 24 FPS используются в американской системе NTSC, обеспечивая чёткое изображение и хорошую помехоустойчивость;
- 25 FPS применяются в европейской системе PAL или PAL/SECAM. Значение идентично уровню NTSC, поскольку ТВ-трансляции в Европе проводятся в масштабе 50 Гц против 60 Гц в Северной Америке;
- 30 FPS – стандарт домашних кинотеатров и персональных видеокамер.
Также допускается использование альтернативных частот. Например, в фильме «Нежданные приключения Хоббита» Питер Джексон впервые использовал 48 кадров, что разозлило кинокритиков, которые сочли видео сюрреалистичным. GoProHero также позволяет снимать со скоростью 90 и 100 кадров в секунду.
Несколько исследований показали, что человеческий глаз может обнаружить более высокие уровни так называемой «частоты мерцания», чем считалось ранее.
Постоянное движение
Однако, в отличие от датчиков камеры, сетчатка глаза не фиксируется. Существует явление, называемое тремором глаз — когда мышцы слегка вибрируют, со средней частотой 83,68 Гц. Амплитуда, с другой стороны, составляет 70-103 Гц.
Эти движения позволяют свету падать на разные колбочки. Благодаря временной выборке и постобработке мозг может создавать гораздо большее изображение, чем один рецептор, зафиксированный на месте. Глаза также полны «желе», которые меняют форму при движении, так почему бы не использовать дополнительную информацию в качестве ориентира?
Области распознания
Кора сенсорных нейронов делится на две части — центральную и круговую, как показано ниже.
Такое разделение позволяет определить границы высокопроизводительных объектов. Моделируя изображение, можно увидеть, что
Таким образом, в присутствии колебаний чувствительные клетки регистрируют свет, когда он пересекает границу. В результате получается изображение с разрешением как минимум в два раза больше.
Подобные методы высококачественного форматирования изображений используются в различных технических системах. Самый простой пример — создание панорам с помощью камеры смартфона. Просто активируйте функцию и сканируйте заранее заданные линии, чтобы получить панораму, которую невозможно получить при обычной съемке.
Как все это связано с частотой кадров?
Предполагая, что все, что мы видим, постоянно меняется и издает «жужжащий звук», мозг эффективно записывает информацию. Мозг может передискретизировать (увеличить разрешение) и получать в два раза больше данных. И это действительно так. Кроме того, для получения лучших результатов сигнал должен быть «зашумленным». Это явление известно как стохастическая настройка.
Кроме того, если предположить, что колебания с частотой 83,68 Гц могут удвоить разрешение, что произойдет, если человеку показать видео (фильм или игру) с частотой колебаний менее половины?
В результате сигнал не будет меняться достаточно быстро для передискретизации. В результате большая часть воспринимаемого движения и деталей будет потеряна.
Что происходит, когда сигнал обновляется с частотой, превышающей половину частоты колебаний? По мере движения глаз использует эту информацию для создания детального изображения мира и записи деталей. Еще лучше добавить «зерно» (желательно через защиту времени), чтобы заполнить пробелы.
Половина от 83,68 Гц составляет приблизительно 41 Гц. Поэтому, чтобы получить высококачественный анализ изображения, оно должно быть «зашумленным» (подобно зерну пленки) и обновляться с частотой более 41 Гц. В качестве примера можно привести фильм «Хоббит» с частотой 48 кадров в секунду или «Близнецы» с частотой 60 кадров в секунду. То же самое относится и к видеоиграм.
Так что насчет 24 или 30 кадров в секунду, потому что это ниже предела? Глаз анализирует изображение дважды и не может собрать дополнительную информацию через колебания. Фильмы и игры более «мечтательны» и не так детализированы. Он ограничен анализом самой формы.
Существует теория, что это может быть связано с размытием при движении, но в случае с фильмами это явление не должно играть большой роли.
Все началось, когда стали появляться первые звуковые фильмы, например, фильм «Певец джаза», снятый в 1927 году. При 24 кадрах в секунду звук не смещался и не уходил влево — не было никакого рассогласования.
Как наше зрение сравнивается с зрением животных
Возможно, вы слышали, что животные видят лучше, чем люди. Оказывается, это не совсем так — на самом деле зрение человека лучше, чем зрение многих животных, особенно мелких.
Поэтому маловероятно, что ваша кошка видит больше кадров в секунду, чем вы. Вы, вероятно, можете увидеть гораздо больше деталей, чем ваша кошка, собака или золотая рыбка.
Однако есть несколько видов животных с очень хорошей визуальной кислотностью, которая лучше, чем у нас. К ним относятся хищные птицы, которые могут видеть до 140 кадров в секунду.
Подведем итоги
Ваши глаза и мозг обрабатывают большое количество изображений — больше, чем вы можете себе представить.
Вы не можете считать, сколько кадров в секунду видят ваши глаза, но ваш мозг использует все визуальные образы для принятия решений.
По мере того как ученые продолжают свои исследования, мы сможем узнать больше о том, что видят наши глаза и мозг.
‘Импульс’ придерживается строгих правил отбора источников и основывается на исследованиях, оцененных коллегами, исследовательскими институтами и медицинскими обществами. Мы избегаем использования неадекватных профессиональных отчетов.
