Combien dimages par seconde lœil humain peut-il vraiment voir?

Je passe beaucoup trop de mes premières minutes tendres dans un nouveau jeu avec un compteur de framerate tournant dans le coin de mon écran. Je joue, hyper sensible aux moindres problèmes, plongeant dans et hors des paramètres graphiques pour optimiser, et minquiéter, et optimiser et minquiéter à nouveau.

Je jure que ce compteur ne fonctionne pas tout le temps. Ce serait malsain, non? Mais le framerate est important pour nous. C’est la mesure fondamentale par laquelle nous évaluons à la fois nos plates-formes et les côtelettes techniques d’un jeu. Et pourquoi pas? Un compteur de framerate ne ment pas. Il rapporte un nombre simple et direct. Dans un monde incertain, nous pouvons nous en tenir à quelque chose.

Mais pouvez-vous voir des fréquences dimages élevées? Ainsi commence un argument aussi vieux que les jeux PC, une guerre constante et confuse dans laquelle lorgueil se heurte à la science fragile. Mais à part la rage sur Internet, cest une question intéressante, dautant plus quelle concerne la principale façon dont nous expérimentons les jeux vidéo. Quelle est la fréquence dimages maximale que lœil humain voit? Dans quelle mesure la différence entre 30 Hz et 60 Hz est-elle perceptible? Entre 60 Hz et 144 Hz? Après quel moment est-il inutile dafficher un jeu plus rapidement?

La réponse est complexe et plutôt désordonnée. Vous pourriez ne pas être daccord avec certaines parties de celui-ci; certains peuvent même vous mettre en colère. Les experts en cognition oculaire et visuelle, même ceux qui jouent eux-mêmes à des jeux, peuvent avoir une perspective très différente de celle de vous sur ce qui est important dans les images fluides quaffichent les ordinateurs et les moniteurs. Mais la vue et la perception humaines sont une chose étrange et compliquée, et cela ne fonctionne pas tout à fait comme on le ressent.

Aspects de la vision

La première chose à comprendre est que nous percevons différemment aspects de la vision différemment. La détection de mouvement nest pas la même chose que la détection de la lumière. Une autre chose est que différentes parties de lœil fonctionnent différemment. Le centre de votre vision est bon pour des choses différentes de la périphérie. Et une autre chose est quil y a des limites physiques et naturelles à ce que nous pouvons percevoir. Il faut du temps pour que la lumière qui traverse votre cornée devienne une information sur laquelle votre cerveau peut agir, et notre cerveau ne peut traiter cette information quà une certaine vitesse.

Encore une autre concept important: lensemble de ce que nous percevons est plus grand que ce que nimporte quel élément de notre système visuel peut réaliser. Ce point est fondamental pour comprendre notre perception de la vision.

« Vous ne pouvez pas prédire le comportement de lensemble du système basé sur une cellule ou un neurone », me dit Jordan DeLong. DeLong est professeur adjoint de psychologie au St Josephs College de Rensselaer, et la majorité de ses recherches portent sur les systèmes visuels. « Nous pouvons en fait percevoir des choses, comme la largeur dune ligne ou deux lignes alignées, plus petites que ce quun neurone individuel peut faire, et cest parce que nous sont en moyenne sur des milliers et des milliers de neurones. Votre cerveau est en fait beaucoup plus précis quune partie de celui-ci. « 

Joueurs … a population vraiment étrange de personnes qui fonctionnent probablement près des niveaux maximaux.

Et enfin, nous sommes spéciaux. Les joueurs de jeux informatiques ont certains des meilleurs yeux qui soient. «Si vous travaillez avec des joueurs, vous travaillez avec une population vraiment étrange de personnes qui fonctionnent probablement près des niveaux maximaux», déclare DeLong. Cest parce que la perception visuelle peut être entraînée et que les jeux daction sont particulièrement bons pour entraîner la vision. .

« unique, lun des seuls moyens daugmenter massivement presque tous les aspects de votre vision, donc la sensibilité au contraste, les capacités dattention et le suivi dobjets multiples », Adrien Chopin, chercheur post-doc en sciences cognitives, dit moi. Si bien, en fait, que les jeux sont utilisés dans les thérapies visuelles.

Donc, avant de vous fâcher des chercheurs qui parlent de ce que vous pouvez et ne pouvez pas percevoir, tapotez-vous dans le dos: si vous jouez jeux daction, vous êtes probablement plus perspicace des fréquences dimages que la personne moyenne.

Percevoir le mouvement

Passons maintenant à quelques chiffres. La première chose à laquelle il faut penser est la fréquence de scintillement. La plupart des gens perçoivent une source de lumière vacillante comme un éclairage constant à une vitesse de 50 à 60 fois par seconde, ou hertz. Certaines personnes peuvent détecter un léger scintillement dans une ampoule fluorescente à 60 Hz, et la plupart des gens verront des frottis de scintillement dans leur vision sils font un mouvement rapide des yeux en regardant les feux arrière à LED modulés trouvés dans de nombreuses voitures modernes.

Mais cela noffre quune partie du puzzle lorsquil sagit de percevoir des séquences de jeu fluides et fluides.Et si vous avez entendu parler détudes sur les pilotes de chasse dans lesquelles ils ont démontré une capacité à percevoir une image flashée à lécran pendant 1 / 250e de seconde, ce nest pas non plus tout à fait ce que signifie la perception dimages de jeux informatiques fluides et fluides. . Cest parce que les jeux produisent des images en mouvement et invoquent donc des systèmes visuels différents de ceux qui traitent simplement la lumière.

À titre dexemple, il y a cette chose appelée la loi de Bloch. directeur du département du département des sciences psychologiques et du cerveau de lUniversité de lIndiana, me dit. Il dit quil y a un compromis entre lintensité et la durée dans un flash de lumière dune durée inférieure à 100 ms. Vous pouvez avoir une nanoseconde de lumière incroyablement brillante et cela ressemblera à un dixième de seconde de faible lumière. «En général, les gens ne peuvent pas faire la distinction entre les stimuli courts, lumineux et longs et sombres en lespace dun dixième de seconde», dit-il. Cest un peu comme la relation entre la vitesse dobturation et louverture dans un appareil photo: en laissant beaucoup de lumière avec une grande ouverture et en réglant une vitesse dobturation courte, votre photo sera aussi bien exposée quune photo prise en laissant une petite quantité de lumière avec une ouverture étroite et en réglant une vitesse dobturation longue.

Mais alors que nous avons du mal à distinguer lintensité des éclairs de lumière de moins de 10 ms, nous pouvons percevoir des artefacts de mouvement incroyablement rapides. « Ils doivent être très spécifiques et spéciaux, mais vous pouvez voir un artefact à 500 fps si vous le souhaitez, » DeLong me dit.

La spécificité concerne la façon dont nous percevons différents types de mouvement. Si vous êtes assis immobile et que vous regardez des choses devant vous bouger, cest un signal très différent de la vue que vous obtenez lorsque vous marchez. «Ils se concentrent sur des endroits différents», dit DeLong. «La partie centrale de votre vision, la région fovéale, qui est la plus détaillée, est en fait à peu près des déchets quand il sagit de détecter des mouvements, donc si vous regardez des choses dans le au milieu de lécran en mouvement, le taux de rafraîchissement nest pas si grave; vous ne pouvez pas le voir avec cette partie de votre œil. »

Mais à la périphérie de nos yeux, nous détectons incroyablement bien les mouvements. Avec un écran remplissant leur vision périphérique qui se met à jour à 60 Hz ou plus, de nombreuses personnes rapporteront qu’elles ont le fort sentiment de bouger physiquement. Cest en partie pourquoi les casques VR, qui peuvent fonctionner dans la vision périphérique, se mettent à jour si rapidement (90 Hz).

Cela vaut également la peine de considérer certaines des choses que nous faisons lorsque nous jouons, par exemple, un jeu de tir à la première personne. Nous contrôlons en permanence la relation entre le mouvement de notre souris et la vue dans une boucle de rétroaction motrice perceptive, nous naviguons et nous déplaçons dans lespace 3D, et nous recherchons et suivons également les ennemis. Nous mettons donc continuellement à jour notre compréhension du monde du jeu avec des informations visuelles. Busey dit que les avantages dune imagerie fluide et rapidement rafraîchissante viennent dans notre perception du mouvement à grande échelle plutôt que dans les détails fins.

Mais à quelle vitesse pouvons-nous percevoir le mouvement? Après tout ce que vous avez lu ci-dessus, vous pouvez probablement deviner quil ny a pas de réponses précises. Mais il y a des réponses définitives, comme celle-ci: vous pouvez très certainement percevoir la différence entre 30 Hz et 60 Hz.

Quelles fréquences dimages pouvons-nous vraiment voir?

« Certes, 60 Hz est mieux que 30 Hz, manifestement mieux, » dit Busey. Voilà donc une revendication Internet annulée. Et comme nous pouvons percevoir le mouvement à une vitesse plus élevée que nous ne pouvons le faire avec une source de lumière scintillante à 60 Hz, le niveau devrait être plus élevé que cela, mais il ne se tiendra pas à un nombre. « Quil sagisse de plateaux à 120 Hz ou que vous obteniez une augmentation supplémentaire jusquà 180 Hz, je ne sais tout simplement pas. »

« Je pense généralement quune fois que vous dépassez 200 ips, cela ressemble à mouvement régulier et réel », dit DeLong. Mais en termes plus réguliers, il estime que la baisse du nombre de personnes capables de détecter les changements de douceur dans un écran se situe autour de 90 Hz. « Bien sûr, les aficionados sont peut-être capables de distinguer de minuscules différences, mais pour le reste dentre nous, cest comme si le vin rouge était du vin rouge. »

Chopin regarde le sujet très différemment. « Il ressort clairement de la littérature que vous ne pouvez rien voir à plus de 20 Hz », me dit-il. Et même si javoue avoir initialement reniflé dans mon café, son argument a rapidement commencé à prendre beaucoup plus de sens.

Certes, 60 Hz est mieux que 30 Hz, manifestement mieux.

Il mexplique que lorsque nous sommes recherchant et catégorisant des éléments en tant que cibles dans un jeu de tir à la première personne, nous suivons plusieurs cibles et détectons le mouvement de petits objets. « Par exemple, si vous prenez la détection de mouvement dun petit objet, quelle est la fréquence temporelle optimale dun objet que vous pouvez détecter? »

Et des études ont montré que la réponse se situe entre 7 et 13 Hz. Après cela, notre sensibilité au mouvement diminue considérablement. « Lorsque vous voulez effectuer une recherche visuelle, ou un suivi visuel multiple ou simplement interpréter la direction du mouvement, votre cerveau ne prendra que 13 images sur une seconde de flux continu, vous calculerez donc la moyenne de lautre images qui sont entre les deux en une seule image. »

Découvert par le chercheur Rufin vanRullen en 2010, cela se produit littéralement dans notre cerveau: vous pouvez voir une impulsion dactivité constante de 13 Hz dans un EEG, et il est en outre pris en charge par lobservation que nous pouvons également ressentir «leffet de roue de chariot» que vous obtenez lorsque vous photographiez des images dun objet à rayons en rotation. Lors de la lecture, le métrage peut sembler montrer lobjet en rotation dans la direction opposée. « Le cerveau fait la même chose », dit Chopin. « Vous pouvez voir cela sans caméra. Compte tenu de toutes les études, nous ne voyons aucune différence entre 20 Hz et plus. Passons à 24hz, qui est la norme de lindustrie du cinéma. Mais je ne vois aucun point aller au-dessus de ça. »

Limportant ici est que Chopin parle du cerveau qui acquiert des informations visuelles quil peut traiter et sur lesquelles il peut agir. Il ne dit pas que nous ne pouvons pas remarquer de différence entre les images 20 Hz et 60 Hz. « Ce nest pas parce que vous pouvez voir la différence que vous pouvez être meilleur dans le jeu », dit-il. « Après 24 Hz, vous ne vous améliorerez pas, mais vous pouvez avoir une expérience phénoménologique différente. » Il y a donc une différence entre lefficacité et lexpérience.

Et bien que Busey et DeLong aient reconnu lattrait esthétique dun framerate fluide, aucun deux na estimé que le framerate est tout à fait le summum du jeu. technologie que nous faisons peut-être. Pour Chopin, la résolution est bien plus importante. «Nous sommes très limités dans linterprétation de la différence de temps, mais nous navons pratiquement aucune limite dans linterprétation de la différence dans lespace», dit-il.

Pour DeLong, la résolution est également importante, mais uniquement pour la petite région centrale de lœil qui sen soucie, qui ne comprend que quelques degrés de votre champ de vision. « Certaines des choses les plus convaincantes que jai vues ont été le suivi oculaire. Pourquoi ne faisons-nous pas la pleine résolution uniquement pour les zones de lœil où nous en avons réellement besoin? » Mais sa véritable concentration est sur les rapports de contraste. «Quand nous voyons de vrais noirs et des blancs brillants, cest vraiment convaincant», dit-il.

Ce que nous savons vraiment

Après tout cela, que savons-nous vraiment? Que le cerveau est compliqué, et quil ny a vraiment pas de réponse universelle qui sapplique à tout le monde.

• Certaines personnes peuvent percevoir le scintillement dans une source lumineuse de 50 ou 60 Hz. Des taux de rafraîchissement plus élevés réduisent le scintillement perceptible.
• Nous détectons mieux les mouvements à la périphérie de notre vision.
• La façon dont nous percevons le flash dune image est différente de la façon dont nous percevons un mouvement constant.
• Les joueurs sont plus susceptibles davoir certains des yeux les plus sensibles et les plus entraînés lorsquil sagit de percevoir les changements dans les images.
• Ce nest pas nécessairement parce que nous pouvons percevoir la différence entre les cadences signifie que la perception a un impact sur notre temps de réaction.

Ce nest donc pas un sujet ordonné, et en plus de tout cela, nous devons également déterminer si nos moniteurs sont réellement capables de produire des images sur ces des fréquences dimages élevées.Beaucoup ne dépassent pas 60 Hz, et Busey se demande si les moniteurs annoncés à 120 Hz affichent vraiment aussi vite (selon des tests sérieusement approfondis à TFTCentral, ils le font certainement). Et en tant que personne qui a également apprécié les jeux à 30 images par seconde (et souvent un peu moins) rendus par mes consoles, je peux midentifier à eux en suggérant que dautres aspects des affichages visuels pourraient mieux se connecter avec ma perception visuelle.

Dun autre côté, jaimerais beaucoup entendre les équipes professionnelles parler de leurs expériences objectives avec le framerate et comment cela affecte les performances des joueurs. Peut-être vont-ils corroborer ou contredire la pensée actuelle de la science dans ce domaine. Si les joueurs sont si spéciaux en matière de vision, nous devrions peut-être être le fer de lance dune nouvelle compréhension de celle-ci.