Wie viele Bilder pro Sekunde kann das menschliche Auge wirklich sehen?

Ich verbringe viel zu viele meiner ersten zarten Minuten in einem neuen Spiel mit Ein Framerate-Zähler läuft in der Ecke meines Bildschirms. Ich spiele, überempfindlich gegenüber kleinsten Problemen, tauche in die Grafikeinstellungen ein und aus, um sie zu optimieren und mir Sorgen zu machen, und optimiere und mache mir wieder Sorgen.

Ich schwöre, ich habe diesen Zähler nicht immer in Betrieb. Das wäre ungesund, oder? Aber die Framerate ist uns wichtig. Dies ist das Kernmaß, anhand dessen wir sowohl unsere Rigs als auch die technischen Fähigkeiten eines Spiels bewerten. Und warum nicht? Ein Framerate-Zähler lügt nicht. Es gibt eine gerade, einfache Zahl an. In einer unsicheren Welt können wir dazu stehen.

Aber können Sie hohe Frameraten sehen? So beginnt ein Streit, der so alt ist wie PC-Spiele, ein ständiger und verwirrter Krieg, in dem Stolz gegen wackelige Wissenschaft kollidiert. Abgesehen von der Wut im Internet ist dies eine interessante Frage, zumal sie sich hauptsächlich mit der Art und Weise befasst, wie wir Computerspiele erleben. Was ist die maximale Framerate, die das menschliche Auge sieht? Wie wahrnehmbar ist der Unterschied zwischen 30 Hz und 60 Hz? Zwischen 60 Hz und 144 Hz? Ab wann ist es sinnlos, ein Spiel schneller anzuzeigen?

Die Antwort ist komplex und ziemlich unordentlich. Sie sind möglicherweise nicht mit Teilen davon einverstanden. Einige machen dich vielleicht sogar wütend. Experten für Augen- und visuelle Wahrnehmung, selbst diejenigen, die selbst Spiele spielen, haben möglicherweise eine ganz andere Perspektive als Sie, was die fließenden Bilder von Computern und Monitoren angeht. Aber menschliches Sehen und Wahrnehmen ist eine seltsame und komplizierte Sache, und es funktioniert nicht ganz so, wie es sich anfühlt.

Aspekte des Sehens

Das erste, was wir verstehen müssen, ist, dass wir anders wahrnehmen Aspekte des Sehens anders. Das Erkennen von Bewegungen ist nicht dasselbe wie das Erkennen von Licht. Eine andere Sache ist, dass verschiedene Teile des Auges unterschiedlich funktionieren. Das Zentrum Ihrer Sicht ist gut in anderen Dingen als die Peripherie. Und eine andere Sache ist, dass es natürliche, physische Grenzen für das gibt, was wir wahrnehmen können. Es braucht Zeit, bis das Licht, das durch Ihre Hornhaut fällt, zu Informationen wird, auf die Ihr Gehirn einwirken kann, und unser Gehirn kann diese Informationen nur mit einer bestimmten Geschwindigkeit verarbeiten.

Noch eine wichtiges Konzept: Das Ganze, was wir wahrnehmen, ist größer als das, was ein Element unseres visuellen Systems erreichen kann. Dieser Punkt ist von grundlegender Bedeutung für das Verständnis unserer Wahrnehmung des Sehens.

„Sie können das Verhalten des gesamten Systems nicht anhand einer Zelle oder eines Neurons vorhersagen“, sagt Jordan DeLong. DeLong ist Assistenzprofessor für Psychologie am St. Josephs College in Rensselaer, und der Großteil seiner Forschung befasst sich mit visuellen Systemen. „Wir können tatsächlich Dinge wie die Breite einer Linie oder zwei Linien wahrnehmen, die kleiner sind als das, was ein einzelnes Neuron tun kann, und das liegt daran, dass wir sind durchschnittlich über Tausende und Abertausende von Neuronen. Ihr Gehirn ist tatsächlich viel genauer als ein einzelner Teil davon. “

Spieler … a Eine wirklich seltsame Population von Menschen, die wahrscheinlich nahe an den Maximalwerten operieren.

Und schließlich sind wir etwas Besonderes. Computerspielspieler haben einige der besten Augen. „Wenn Sie mit Spielern arbeiten, arbeiten Sie mit einer wirklich seltsamen Population von Menschen, die wahrscheinlich nahe an den Maximalwerten arbeiten“, sagt DeLong. Das liegt daran, dass die visuelle Wahrnehmung trainiert werden kann und Actionspiele besonders gut darin sind, das Sehen zu trainieren .

„Einzigartig, eine der wenigen Möglichkeiten, fast alle Aspekte Ihres Sehvermögens massiv zu verbessern, also Kontrastempfindlichkeit, Aufmerksamkeitsfähigkeit und Verfolgung mehrerer Objekte“, so Adrien Chopin, Post-Doc-Forscher in den Kognitionswissenschaften. sagt mir. In der Tat so gut, dass Spiele in visuellen Therapien verwendet werden.

Bevor Sie also wütend auf Forscher werden, die darüber sprechen, welche Frameraten Sie wahrnehmen können und welche nicht, klopfen Sie sich auf den Rücken: Wenn Sie spielen Bei actionreichen Spielen sind Sie wahrscheinlich für Frameraten wahrnehmbarer als die durchschnittliche Person.

Bewegung wahrnehmen

Kommen wir nun zu einigen Zahlen. Das erste, woran man denken muss, ist die Flimmerfrequenz. Die meisten Menschen nehmen eine flackernde Lichtquelle als gleichmäßige Beleuchtung mit einer Geschwindigkeit von 50 bis 60 Mal pro Sekunde oder Hertz wahr. Einige Menschen können ein leichtes Flackern in einer 60-Hz-Leuchtstofflampe erkennen, und die meisten Menschen sehen flackernde Flecken in ihrer Sicht, wenn sie eine schnelle Augenbewegung ausführen, wenn sie die modulierten LED-Rücklichter betrachten, die in vielen modernen Autos zu finden sind.

Dies bietet jedoch nur einen Teil des Puzzles, wenn es darum geht, fließendes, flüssiges Spielmaterial wahrzunehmen.Und wenn Sie von Studien über Kampfpiloten gehört haben, in denen sie die Fähigkeit bewiesen haben, ein auf dem Bildschirm blitzendes Bild für eine 1 / 250stel Sekunde wahrzunehmen, dann ist das auch nicht ganz das, worum es bei der Wahrnehmung flüssiger, fließender Computerspielbilder geht . Dies liegt daran, dass Spiele bewegte Bilder ausgeben und daher andere visuelle Systeme aufrufen als diejenigen, die einfach Licht verarbeiten.

Als Beispiel gibt es dieses Ding namens Blochs Gesetz. „Im Grunde ist es eines der wenigen Gesetze in der Wahrnehmung“, so Professor Thomas Busey, Associate sagt mir der Lehrstuhl am Institut für Psychologie und Gehirnwissenschaften der Indiana University. Es heißt, dass bei einem Lichtblitz von weniger als 100 ms ein Kompromiss zwischen Intensität und Dauer besteht. Sie können eine Nanosekunde unglaublich helles Licht haben und es erscheint genauso wie eine Zehntelsekunde schwaches Licht. „Im Allgemeinen können Menschen nicht innerhalb einer Zehntelsekunde zwischen kurzen, hellen und langen, schwachen Reizen unterscheiden“, sagt er. Es ist ein bisschen wie die Beziehung zwischen Verschlusszeit und Blende in einer Kamera: indem man viel lässt Licht mit einer großen Blende und einstellen einer kurzen Verschlusszeit Ihr Foto wird genauso gut belichtet wie ein Foto, bei dem Sie eine kleine Lichtmenge mit einer schmalen Blende einlassen und eine lange Verschlusszeit einstellen.

Obwohl wir Probleme haben, die Intensität von Lichtblitzen unter 10 ms zu unterscheiden, können wir unglaublich schnelle Bewegungsartefakte wahrnehmen: „Sie müssen sehr spezifisch und speziell sein, aber Sie könnten ein Artefakt mit 500 fps sehen, wenn Sie möchten“, sagte DeLong sagt mir.

Die Spezifität bezieht sich auf die Art und Weise, wie wir verschiedene Arten von Bewegung wahrnehmen. Wenn Sie still sitzen und beobachten, wie sich Dinge vor Ihnen bewegen, ist dies ein ganz anderes Signal als die Ansicht, die Sie erhalten, wenn Sie entlang gehen. „Sie konzentrieren sich auf verschiedene Orte“, sagt DeLong. „Der mittlere Teil Ihrer Vision, die foveale Region, die am detailliertesten ist, ist eigentlich ziemlich viel Müll, wenn es darum geht, Bewegungen zu erkennen. Wenn Sie also Dinge in der Umgebung beobachten.“ In der Mitte des Bildschirms ist es keine große Sache, wie hoch die Bildwiederholfrequenz ist. Sie können es möglicherweise nicht mit diesem Teil Ihres Auges sehen. „

Aber draußen in der Peripherie unserer Augen erkennen wir Bewegungen unglaublich gut. Mit einem Bildschirm, der ihre periphere Sicht ausfüllt und mit 60 Hz oder mehr aktualisiert wird, berichten viele Menschen, dass sie das starke Gefühl haben, sich physisch zu bewegen. Dies ist teilweise der Grund, warum VR-Headsets, die in der peripheren Sicht arbeiten können, so schnell aktualisiert werden (90 Hz).

Es lohnt sich auch, einige der Dinge zu berücksichtigen, die wir beispielsweise beim Spielen tun. ein Ego-Shooter. Wir steuern kontinuierlich die Beziehung zwischen unserer Mausbewegung und der Ansicht in einer wahrnehmbaren motorischen Rückkopplungsschleife, navigieren und bewegen uns durch den 3D-Raum und suchen und verfolgen Feinde. Wir aktualisieren daher ständig unser Verständnis der Spielwelt mit visuellen Informationen. Busey sagt, dass die Vorteile von glatten, schnell erfrischenden Bildern eher in unserer Wahrnehmung von Bewegungen in großem Maßstab als in feinen Details liegen.

Aber wie schnell können wir Bewegungen wahrnehmen? Nach allem, was Sie oben gelesen haben, können Sie wahrscheinlich erraten, dass es keine genauen Antworten gibt. Aber es gibt einige endgültige Antworten wie diese: Sie können den Unterschied zwischen 30 Hz und 60 Hz definitiv wahrnehmen.

Welche Frameraten können wir wirklich sehen?

„Sicherlich sind 60 Hz besser als 30 Hz, nachweislich besser“, sagt Busey. Das ist also eine Internet-Behauptung, die aufgehoben wurde. Und da wir Bewegungen mit einer höheren Geschwindigkeit wahrnehmen können als mit einer flackernden 60-Hz-Lichtquelle, sollte der Pegel höher sein, aber er steht nicht zu einer Zahl. „Ob das Plateau bei 120 Hz liegt oder ob Sie einen zusätzlichen Boost auf 180 Hz erhalten, weiß ich einfach nicht.“

„Ich denke, wenn Sie über 200 fps aufstehen, sieht es normalerweise so aus regelmäßige Bewegung im wirklichen Leben “, sagt DeLong. Regelmäßiger ausgedrückt ist er jedoch der Ansicht, dass der Rückgang bei Personen, die Änderungen der Glätte auf einem Bildschirm erkennen können, bei etwa 90 Hz liegt. „Sicher, Liebhaber können vielleicht winzige Unterschiede erkennen, aber für den Rest von uns ist es so, als wäre Rotwein Rotwein.“

Chopin sieht das Thema ganz anders. “Aus der Literatur geht hervor, dass Sie können nicht mehr als 20 Hz sehen “, erzählt er mir. Und während ich zugebe, dass ich anfänglich in meinen Kaffee geschnupft habe, wurde seine Argumentation bald viel sinnvoller.

Sicherlich sind 60 Hz besser als 30 Hz, nachweislich besser.

Er erklärt mir das, wenn wir sind Beim Suchen und Kategorisieren von Elementen als Ziele in einem Ego-Shooter verfolgen wir mehrere Ziele und erkennen die Bewegung kleiner Objekte. „Wenn Sie beispielsweise die Bewegungserkennung eines kleinen Objekts durchführen, wie hoch ist die optimale zeitliche Frequenz eines Objekts, die Sie erkennen können?“

Und Studien haben ergeben, dass die Antwort zwischen 7 und 13 Hz liegt. Danach nimmt unsere Bewegungsempfindlichkeit erheblich ab. „Wenn Sie eine visuelle Suche oder eine mehrfache visuelle Verfolgung durchführen oder nur die Bewegungsrichtung interpretieren möchten, nimmt Ihr Gehirn nur 13 Bilder aus einer Sekunde kontinuierlichen Flusses auf, sodass Sie den Durchschnitt der anderen bilden Bilder, die dazwischen liegen, zu einem Bild. “

Von Forscher Rufin vanRullen im Jahr 2010 entdeckt, geschieht dies buchstäblich in unserem Gehirn: Sie können einen stetigen 13-Hz-Aktivitätsimpuls in einem EEG sehen und es wird weiter unterstützt durch die Beobachtung, dass wir auch den „Wagenradeffekt“ erleben können, den Sie erhalten, wenn Sie Aufnahmen eines sich drehenden Speichenobjekts fotografieren. Bei der Wiedergabe kann Filmmaterial angezeigt werden, das zeigt, wie sich das Objekt in die entgegengesetzte Richtung dreht. „Das Gehirn macht dasselbe“, sagt Chopin. „Das kann man ohne Kamera sehen. Bei allen Studien sehen wir keinen Unterschied zwischen 20 Hz und mehr. Gehen wir zu 24 Hz, was dem Standard der Filmindustrie entspricht. Aber ich sehe keinen Punkt darüber hinaus. “

Wichtig ist hier, dass Chopin davon spricht, dass das Gehirn visuelle Informationen erhält, die es verarbeiten und auf die es einwirken kann. Er sagt nicht, dass wir keinen Unterschied zwischen 20-Hz- und 60-Hz-Filmmaterial feststellen können. „Nur weil Sie den Unterschied sehen können, heißt das nicht, dass Sie im Spiel besser sein können“, sagt er. „Nach 24 Hz werden Sie nicht besser, aber Sie haben möglicherweise eine andere phänomenologische Erfahrung.“ Es gibt daher einen Unterschied zwischen Effektivität und Erfahrung.

Und während Busey und DeLong den ästhetischen Reiz einer glatten Framerate anerkannten, war keiner von ihnen der Meinung, dass die Framerate das A und O des Spielens ist Technologie, die wir vielleicht tun. Für Chopin ist die Auflösung weitaus wichtiger. „Wir sind sehr begrenzt darin, Zeitunterschiede zu interpretieren, aber wir haben fast keine Grenzen bei der Interpretation von Raumunterschieden“, sagt er.

Für DeLong ist die Auflösung ebenfalls wichtig, aber nur für den kleinen zentralen Bereich des Auges, das sich darum kümmert, das nur ein paar Grad Ihres Sichtfeldes umfasst. „Einige der überzeugendsten Dinge, die ich gesehen habe, waren Eye-Tracking. Warum lösen wir nicht nur die Bereiche des Auges auf, in denen wir sie tatsächlich benötigen? “ Sein Hauptaugenmerk liegt jedoch auf Kontrastverhältnissen. „Wenn wir wirklich echte Schwarze und helle Weiße sehen, ist das wirklich überzeugend“, sagt er.

Was wir wirklich wissen

Was wissen wir nach all dem wirklich? Dass das Gehirn ist kompliziert und es gibt wirklich keine universelle Antwort, die für alle gilt.

• Manche Menschen können das Flimmern in einer 50- oder 60-Hz-Lichtquelle wahrnehmen. Höhere Bildwiederholfrequenzen reduzieren das wahrnehmbare Flimmern.
• Wir erkennen Bewegungen an der Peripherie unserer Sicht besser.
• Die Art und Weise, wie wir den Blitz eines Bildes wahrnehmen, unterscheidet sich von der Art und Weise, wie wir konstante Bewegungen wahrnehmen.
• Spieler haben mit größerer Wahrscheinlichkeit einige der empfindlichsten, geschultesten Augen, wenn es darum geht, Änderungen in der Bildsprache wahrzunehmen.
• Nur weil wir den Unterschied zwischen den Frameraten wahrnehmen können, ist dies nicht unbedingt erforderlich Dies bedeutet, dass die Wahrnehmung unsere Reaktionszeit beeinflusst.

Es ist also kein ordentliches Thema, und obendrein müssen wir auch prüfen, ob unsere Monitore tatsächlich in der Lage sind, Bilder bei diesen auszugeben hohe Frameraten.Viele gehen nicht über 60 Hz hinaus, und Busey fragt sich, ob bei 120 Hz beworbene Monitore wirklich so schnell angezeigt werden (laut einigen gründlichen Tests bei TFTCentral ist dies sicherlich der Fall). Und als jemand, der auch Spiele mit 30 Bildern pro Sekunde (und oft weniger) von meinen Konsolen genossen hat, kann ich mich darauf beziehen, dass andere Aspekte der visuellen Anzeige möglicherweise besser mit meiner visuellen Wahrnehmung in Verbindung stehen.

uf der anderen Seite würde ich gerne von Pro-Teams über ihre objektiven Erfahrungen mit der Framerate und deren Auswirkungen auf die Spielerleistung hören. Vielleicht werden sie das derzeitige Denken der Wissenschaft auf diesem Gebiet bestätigen oder widersprechen. Wenn Spieler in Bezug auf das Sehen so besonders sind, sollten wir vielleicht diejenigen sein, die ein neues Verständnis davon anführen.