Kolik snímků za sekundu může lidské oko skutečně vidět?

Strávil jsem příliš mnoho svých prvních minut nabídky v nové hře s v rohu mé obrazovky běží počítadlo snímků. Hraju, přecitlivělý na nejmenší problémy, ponořuji se do a z nastavení grafiky, abych ji optimalizoval a dělal si starosti a zase optimalizoval a dělal starosti.

Přísahám, že to počítadlo stále nefunguje. To by bylo nezdravé, že? Ale framerate je pro nás důležitý. Jedná se o základní měření, kterým hodnotíme jak naše soupravy, tak technické kotlety hry. A proč ne? Počitadlo snímkové frekvence nelže. Hlásí rovné a jednoduché číslo. V nejistém světě můžeme něco stát.

Ale vidíte vysoké snímkové rychlosti? Takže začíná hádka stará jako PC hry, neustálá a zmatená válka, ve které se střetává pýcha proti nejisté vědě. Ale vztek na internetu stranou, je to zajímavá otázka, zejména proto, že se zabývá primárním způsobem, jakým prožíváme počítačové hry. Jaká je maximální snímková frekvence pro lidské oko? Jak vnímatelný je rozdíl mezi 30 Hz a 60 Hz? Mezi 60 Hz a 144 Hz? V jakém okamžiku je zbytečné zobrazovat hru rychleji?

Odpověď je složitá a spíše neuspořádaná. Možná nebudete souhlasit s jeho částmi; někteří vás dokonce mohou naštvat. Odborníci na oční a vizuální poznávání, dokonce i ti, kteří sami hrají hry, mohou mít velmi odlišnou perspektivu než vy, co je důležité pro plynulé zobrazování počítačů a monitorů. Ale lidský zrak a vnímání je zvláštní a komplikovaná věc a nefunguje to tak, jak se cítí.

Aspekty vidění

První věc, kterou je třeba pochopit, je, že vnímáme různé aspekty vidění odlišně. Detekce pohybu není totéž jako detekce světla. Další věc je, že různé části oka fungují odlišně. Střed vašeho vidění je dobrý v jiných věcech než na periferii. A další věc je, že existují přirozené, fyzické limity toho, co můžeme vnímat. Trvá nějakou dobu, než se ze světla, které prochází vaší rohovkou, stanou informace, na které může váš mozek působit, a náš mozek dokáže tyto informace zpracovat pouze určitou rychlostí.

Ještě další důležitý koncept: vše, co vnímáme, je větší než to, čeho může dosáhnout kterýkoli prvek našeho vizuálního systému. Tento bod je zásadní pro pochopení našeho vnímání vidění.

„Nemůžete předvídat chování celého systému na základě jedné buňky nebo jednoho neuronu,“ říká mi Jordan DeLong. DeLong je odborný asistent psychologie na St Josephs College v Rensselaeru a většina jeho výzkumů je zaměřena na vizuální systémy. v průměru přes tisíce a tisíce neuronů. Váš mozek je ve skutečnosti mnohem přesnější než jedna jeho jednotlivá část. “

Hráči … a opravdu podivná populace lidí, kteří pravděpodobně operují blízko maximálních úrovní.

A konečně jsme zvláštní. Hráči počítačových her mají jedny z nejlepších očí kolem. „Pokud pracujete s hráči, pracujete se skutečně podivnou populací lidí, kteří pravděpodobně fungují na maximální úrovni,“ říká DeLong. Je to proto, že je možné trénovat vizuální vnímání a akční hry jsou zvláště dobré při trénování vidění. .

„jedinečný, jeden z mála způsobů, jak masivně zvýšit téměř všechny aspekty vašeho vidění, takže kontrastní citlivost, schopnost pozornosti a sledování více objektů,“ postgraduální výzkumník kognitivních věd Adrien Chopin, říká mi. Ve skutečnosti je to tak dobré, že se hry používají ve vizuálních terapiích.

Takže než se naštvete na výzkumníky, kteří mluví o tom, jaké snímkové frekvence můžete a nemůžete vnímat, poklepejte si na záda: pokud hrajete akční hry, pravděpodobně vnímáte snímkovou frekvenci více než průměrný člověk.

Vnímání pohybu

Pojďme nyní k několika číslům. První věc, na kterou je třeba myslet, je frekvence blikání. Většina lidí vnímá blikající světelný zdroj jako stálé osvětlení rychlostí 50 až 60krát za sekundu nebo hertz. Někteří lidé dokážou detekovat mírné blikání v 60 Hz zářivce a většina lidí uvidí blikající šmouhy v jejich vidění, když udělají rychlý pohyb očí při pohledu na modulovaná koncová světla LED, která se nacházejí v mnoha moderních automobilech.

Ale toto nabízí pouze část hádanky, pokud jde o vnímání plynulých záběrů ze hry.A pokud jste slyšeli o studiích stíhacích pilotů, ve kterých prokázali schopnost vnímat obraz blikající na obrazovce po dobu 1/250 sekundy, pak to také není úplně to, o čem je vnímání plynulých a plynulých obrazů počítačových her . Je to proto, že hry vytvářejí pohyblivé obrázky, a proto vyvolávají různé vizuální systémy k těm, které jednoduše zpracovávají světlo.

Jako příklad lze uvést tuto věc zvanou Blochův zákon. „V zásadě je to jeden z mála zákonů ve vnímání,“ říká profesor Thomas Busey, spolupracovník říká mi to vedoucí katedry na katedře psychologických a mozkových věd na univerzitě v Indianě. Říká, že existuje kompromis mezi intenzitou a trváním záblesku světla trvajícího méně než 100 ms. Můžete mít nanosekundu neuvěřitelně jasného světla a bude vypadat stejně jako desetina sekundy tlumeného světla. „Lidé obecně nedokáží rozlišit mezi krátkým, jasným a dlouhým, tlumeným podnětem během desetiny sekundy,“ říká. Je to něco jako vztah mezi rychlostí závěrky a clonou ve fotoaparátu: tím, že necháte spoustu světlo se širokou clonou a nastavení krátké rychlosti závěrky bude vaše fotografie stejně dobře exponovaná jako ta, která byla pořízena tak, že necháte malé množství světla s úzkou clonou a nastavíte dlouhou rychlost závěrky.

Ale i když máme potíže s rozlišením intenzity záblesků světla méně než 10 ms, můžeme vnímat neuvěřitelně rychlé artefakty pohybu. „Musí být velmi konkrétní a speciální, ale pokud byste chtěli, mohli byste vidět artefakt při 500 fps,“ DeLong říká mi to.

Specifičnost souvisí se způsobem, jakým vnímáme různé druhy pohybu. Pokud stále sedíte a sledujete, jak se před vámi pohybují, je to velmi odlišný signál od pohledu, který máte, když jdete kolem. „Soustředí se na různá místa,“ říká DeLong. „Prostřední část vaší vize, nejpodrobnější foveální oblast, je ve skutečnosti do značné míry smetí, pokud jde o detekci pohybu, takže pokud sledujete věci v pohybující se uprostřed obrazovky, není tak velký problém s obnovovací frekvencí; s tou částí oka to možná nevidíš. “

Ale na okraji našich očí detekujeme pohyb neuvěřitelně dobře. Díky obrazovce vyplňující jejich periferní vidění, která se aktualizuje na 60 Hz nebo více, mnoho lidí uvede, že mají silný pocit, že se fyzicky pohybují. Částečně to je důvod, proč se náhlavní soupravy VR, které mohou pracovat v periferním vidění, aktualizují tak rychle (90 Hz).

Je také dobré zvážit některé věci, které děláme, když hrajeme, střílečka z pohledu první osoby. Neustále kontrolujeme vztah mezi naším pohybem myši a pohledem v percepční smyčce motorické zpětné vazby, navigujeme a pohybujeme se 3D prostorem a také hledáme a sledujeme nepřátele. Proto průběžně aktualizujeme naše chápání světa hry vizuálními informacemi. Busey říká, že výhody plynulých a rychle osvěžujících snímků přicházejí spíše v našem vnímání pohybu ve velkém měřítku než v jemných detailech.

Jak rychle však můžeme pohyb vnímat? Po všem, co jste si přečetli výše, pravděpodobně uhodnete, že neexistují žádné přesné odpovědi. Existuje však několik definitivních odpovědí, jako je tato: s největší pravděpodobností můžete vnímat rozdíl mezi 30 Hz a 60 Hz.

Jaké snímkové frekvence můžeme skutečně vidět?

„Určitě 60 Hz je lepší než 30 Hz, prokazatelně lepší,“ říká Busey. To je jeden požadavek na internet zrušen. A protože můžeme vnímat pohyb vyšší rychlostí, než můžeme 60 Hz blikající světelný zdroj, úroveň by měla být vyšší, ale on nebude stát za číslem. „Ať už se jedná o plošiny při 120 Hz, nebo zda získáte další podporu až do 180 Hz, to prostě nevím.“

„Myslím, že jakmile se dostanete nad 200 fps, vypadá to, že pravidelný pohyb v reálném životě, “říká DeLong. Pravidelněji však cítí, že pokles u lidí, kteří jsou schopni detekovat změny v hladkosti obrazovky, leží kolem 90 Hz. „Jistě, fanoušci možná dokážou rozeznat drobné rozdíly, ale pro nás ostatní je to jako červené víno je červené víno.“

Chopin se na téma dívá velmi odlišně. “Z literatury je zřejmé, že nevidíte nic víc než 20 Hz, “říká mi. A i když přiznávám, že jsem si zpočátku odfrkl do kávy, jeho argumentace brzy začala dávat mnohem větší smysl.

60 Hz je určitě lepší než 30 Hz, prokazatelně lepší.

Vysvětluje mi, že když jsme hledáním a kategorizací prvků jako cílů v střílečce z pohledu první osoby sledujeme více cílů a detekujeme pohyb malých objektů. „Pokud například vezmete detekci pohybu malého objektu, jaká je optimální časová frekvence objektu, který můžete detekovat?“

A studie zjistily, že odpověď je mezi 7 a 13 Hz. Poté naše citlivost na pohyb významně klesá. „Pokud chcete provádět vizuální vyhledávání nebo vícenásobné vizuální sledování nebo jen interpretovat směr pohybu, váš mozek pořídí pouze 13 snímků ze sekundy nepřetržitého toku, takže průměrujete druhý obrázky, které jsou mezitím do jednoho obrazu. “

Objevil to výzkumník Rufin vanRullen v roce 2010 a to se doslova děje v našich mozcích: v EEG můžete vidět stálý puls aktivity 13 Hz a je dále podporován pozorováním, že můžeme také zažít „efekt kola vozu“, který získáte, když fotografujete záběry rotujícího mluveného objektu. Při přehrávání se mohou objevit záběry, které ukazují objekt rotující v opačném směru. „Mozek dělá totéž,“ říká Chopin. „Toto vidíte bez kamery.“ Vzhledem ke všem studiím nevidíme žádný rozdíl mezi 20 Hz a vyššími. Pojďme na 24 Hz, což je standard filmového průmyslu. Ale nevidím nad tím žádný smysl. “

Důležité je, že Chopin mluví o tom, že mozek získává vizuální informace, které dokáže zpracovat a na které může jednat. Neříká, že si nemůžeme všimnout rozdílu mezi záběry 20 Hz a 60 Hz. „Jenom proto, že vidíte rozdíl, to ještě neznamená, že můžete být ve hře lepší,“ říká. „Po 24 Hz se nezlepšíte, ale můžete mít fenomenologický zážitek, který je jiný.“ Existuje tedy rozdíl mezi efektivitou a zkušenostmi.

A zatímco Busey a DeLong uznávali estetickou přitažlivost plynulého snímkového kmitočtu, žádný z nich neměl pocit, že snímkový kmitočet je ve hře be be all a end-all of gaming technologie, kterou možná děláme. Pro Chopina je rozlišení mnohem důležitější. „Jsme velmi omezeni v interpretaci rozdílu v čase, ale nemáme téměř žádná omezení v interpretaci rozdílu v prostoru,“ říká.

Pro DeLong je také důležité rozlišení, ale pouze v malé, centrální oblasti oka, které se o to stará, které zahrnuje jen pár stupňů vašeho zorného pole. “Některé z nejpřesvědčivějších věcí, které jsem viděl, byly sledování očí. Proč neděláme plné rozlišení pouze pro oblasti oka, kde to skutečně potřebujeme? “ Ale jeho skutečné zaměření je na kontrastní poměry. „Když vidíme skutečně černé a světlé bílé, je to opravdu působivé,“ říká.

Co opravdu víme

Po tom všem, co vlastně víme? Že mozek je komplikované a že skutečně neexistuje univerzální odpověď, která by platila pro každého.

• Někteří lidé mohou blikání vnímat ve světelném zdroji 50 nebo 60 Hz. Vyšší obnovovací frekvence snižuje znatelné blikání.
• Pohyb detekujeme lépe na periferii našeho vidění.
• Způsob, jakým vnímáme záblesk obrazu, se liší od toho, jak vnímáme neustálý pohyb.
• Hráči mají větší pravděpodobnost, že budou mít ty nejcitlivější a trénované oči, pokud jde o vnímání změn v obrazech.
• Jen proto, že dokážeme vnímat rozdíl mezi snímkovou frekvencí, nemusí to nutně být Znamená to, že vnímání ovlivňuje naši reakční dobu.

Není to tedy uklizené téma a kromě toho všeho musíme také zvážit, zda jsou naše monitory skutečně schopné přenášet obrázky na tyto vysoké snímkové rychlosti.Mnoho z nich nepřekročí 60 Hz a Busey si klade otázku, zda se monitory inzerované na 120 Hz opravdu zobrazují tak rychle (podle některých vážně hloubkových testů na TFTCentral to určitě dělají). A jako někdo, kdo si také užíval hry rychlostí 30 snímků za sekundu (a často spíše méně) vykreslených mými konzolami, mohu s nimi souviset, což naznačuje, že další aspekty vizuálních zobrazení by se mohly lépe spojit s mým vizuálním vnímáním.

a druhou stranu bych rád slyšel od profesionálních týmů o jejich objektivních zkušenostech s framerate a jak to ovlivňuje výkon hráče. Možná potvrdí nebo odporují současnému myšlení vědy v této oblasti. Pokud jsou hráči tak výjimeční, pokud jde o vizi, možná bychom měli být těmi, kdo povedou její nové chápání.