Hvor mange bilder per sekund kan menneskets øye virkelig se?

Jeg bruker altfor mange av mine første anbudsminutter i et nytt spill med en framerate-teller som kjører i hjørnet av skjermen min. Jeg spiller, hyperfølsom overfor de minste hindringene, dypper inn og ut av grafikkinnstillingene for å optimalisere, og bekymre meg, og optimalisere og bekymre meg igjen.

Jeg sverger på at jeg ikke har den telleren hele tiden. Det ville være usunt, ikke sant? Men framerate er viktig for oss. Det er kjernemålingen som vi vurderer både riggene våre og de tekniske kotelettene til et spill. Og hvorfor ikke? En framerate-teller lyver ikke. Det rapporterer et rett, enkelt tall. I en usikker verden er det noe vi kan stå ved.

Men kan du se høye rammer? Så starter et argument like gammelt som PC-spill, en konstant og forvirret krig der stolthet kolliderer med skjelven vitenskap. Men internett raseri til side, det er et interessant spørsmål, spesielt siden det engasjerer seg i den primære måten vi opplever dataspill på. Hva er den maksimale rammen det menneskelige øye ser? Hvor merkbar er forskjellen mellom 30 Hz og 60 Hz? Mellom 60 Hz og 144 Hz? Etter hvilket punkt er det meningsløst å vise et spill raskere?

Svaret er komplekst og ganske ryddig. Du er kanskje ikke enig i deler av det; noen kan til og med gjøre deg sint. Øye- og visuelle kognisjonseksperter, selv de som spiller spill selv, kan godt ha et helt annet perspektiv enn deg om hva som er viktig med de flytende bildene som datamaskiner og skjermer viser. Men menneskelig syn og oppfatning er en merkelig og komplisert ting, og det fungerer ikke helt som det føles.

Aspekter av syn

Det første vi må forstå er at vi oppfatter forskjellige aspekter av visjon annerledes. Å oppdage bevegelse er ikke det samme som å oppdage lys. En annen ting er at forskjellige deler av øyet fungerer forskjellig. Sentrum av visjonen din er god til andre ting enn periferien. Og en annen ting er at det er naturlige, fysiske grenser for hva vi kan oppfatte. Det tar tid for lyset som passerer gjennom hornhinnen din å bli informasjon som hjernen din kan handle på, og hjernen vår kan bare behandle den informasjonen i en viss hastighet.

Nok en annen viktig begrep: helheten i det vi oppfatter er større enn hva noe element i vårt visuelle system kan oppnå. Dette poenget er grunnleggende for å forstå vår oppfatning av synet.

«Du kan ikke forutsi oppførselen til hele systemet basert på en celle eller en nevron,» forteller Jordan DeLong. DeLong er assisterende professor i psykologi ved St Josephs College i Rensselaer, og mesteparten av forskningen hans handler om visuelle systemer. «Vi kan faktisk oppfatte ting, som bredden på en linje eller to linjer som er på linje, mindre enn hva en individuell nevron kan gjøre, og det er fordi vi har et gjennomsnitt på over tusenvis av nevroner. Hjernen din er faktisk mer nøyaktig enn en enkelt del av den. ”

Spillere … a virkelig rar befolkning av mennesker som sannsynligvis opererer nær maksimale nivåer.

Og til slutt, vi er spesielle. Dataspillspillere har noen av de beste øynene rundt. «Hvis du jobber med spillere, jobber du med en veldig rar befolkning av mennesker som sannsynligvis opererer nær maksimale nivåer,» sier DeLong. Det er fordi visuell oppfatning kan trenes, og actionspill er spesielt gode til å trene visjon. .

«unik, en av de eneste måtene å massivt øke nesten alle aspekter av visjonen din, så kontrastfølsomhet, oppmerksomhetsevner og flere objektsporinger,» Adrien Chopin, post-doc forsker innen kognitiv vitenskap, forteller meg. Så bra, faktisk, at spill blir brukt i visuelle terapier.

Så før du blir sur av forskere som snakker om hvilke rammer du kan og ikke kan oppfatte, klapp deg selv på ryggen: hvis du spiller action-tunge spill, er du sannsynligvis mer oppmerksom på framerates enn den gjennomsnittlige personen.

Oppfatter bevegelse

La oss nå komme til noen tall. Det første du må tenke på er flimmerfrekvens. De fleste oppfatter en flimrende lyskilde som jevn belysning med en hastighet på 50 til 60 ganger i sekundet, eller hertz. Noen mennesker kan oppdage en liten flimmer i en 60 Hz fluorescerende lyspære, og de fleste vil se flimrende flekker over synet hvis de gjør en rask øyebevegelse når de ser på de modulerte LED-baklysene som finnes i mange moderne biler.

Men dette tilbyr bare en del av puslespillet når det gjelder å oppfatte flytende jevne spillopptak.Og hvis du har hørt om studier på jagerpiloter der de har vist en evne til å oppfatte et bilde som blinket på skjermen i 1 / 250th av et sekund, er det heller ikke helt hva oppfatningen av jevne, flytende dataspillbilder handler om . Det er fordi spill sender ut bevegelige bilder, og derfor påkaller forskjellige visuelle systemer til de som bare behandler lys.

Som et eksempel, det er denne tingen som heter Blochs lov. «I utgangspunktet er det en av de få lovene i persepsjon,» Professor Thomas Busey, medarbeider avdelingsleder ved Indiana Universitys institutt for psykologisk og hjernevitenskap, forteller meg. Det står at det er en avveining mellom intensitet og varighet i et lysglimt som varer mindre enn 100 ms. Du kan ha et nanosekund med utrolig sterkt lys, og det vil se ut som et tidels sekund med svakt lys. «Generelt kan folk ikke skille mellom korte, lyse og lange, svake stimuli i løpet av en tidel av et sekund,» sier han. Det ligner litt på forholdet mellom lukkerhastighet og blenderåpning i et kamera: ved å la mye lys inn med bred blenderåpning og innstilling av kort lukkerhastighet, vil fotografiet ditt bli like godt eksponert som et tatt ved å la en liten mengde lys med en smal blenderåpning og stille inn en lang lukkertid.

Men mens vi har problemer med å skille intensiteten til lysglimt mindre enn 10 ms, kan vi oppfatte utrolig raske bevegelsesgjenstander. «De må være veldig spesifikke og spesielle, men du kan se en gjenstand på 500 bilder per sekund hvis du vil,» DeLong forteller meg.

Spesifisiteten er knyttet til måten vi oppfatter forskjellige typer bevegelse på. Hvis du sitter stille og ser ting foran deg beveger deg rundt, er det et helt annet signal til utsikten du får når du går langs. «De sentrerer seg på forskjellige steder,» sier DeLong. «Den midterste delen av synet ditt, den foveale regionen, som er den mest detaljerte, er faktisk ganske mye søppel når det gjelder å oppdage bevegelse, så hvis du ser på ting i midt på skjermen beveger seg, er det ikke så stor avtale hva oppdateringsfrekvensen er; du kan umulig se det med den delen av øyet. ”

Men ute i periferien av øynene våre oppdager vi bevegelse utrolig godt. Med en skjerm som fyller deres perifere syn som oppdateres ved 60 Hz eller mer, vil mange rapportere at de har den sterke følelsen av at de beveger seg fysisk. Det er delvis grunnen til at VR-hodesett, som kan operere i perifert syn, oppdateres så raskt (90 Hz).

Det er også verdt å vurdere noen av tingene vi gjør når vi spiller, si, en førstepersonsskytter. Vi kontrollerer kontinuerlig forholdet mellom musebevegelsen og utsikten i en perceptuell motor-tilbakemeldingssløyfe, vi navigerer og beveger oss gjennom 3D-rommet, og vi leter også etter og sporer fiender. Vi oppdaterer derfor kontinuerlig vår forståelse av spillets verden med visuell informasjon. Busey sier at fordelene med jevne, raskt forfriskende bilder kommer i vår oppfatning av storskala bevegelse snarere enn fine detaljer.

Men hvor raskt kan vi oppfatte bevegelse? Etter alt du har lest ovenfor, kan du sannsynligvis gjette at det ikke er noen nøyaktige svar. Men det er noen endelige svar, som dette: du kan absolutt oppfatte forskjellen mellom 30 Hz og 60 Hz.

Hvilke rammer kan vi virkelig se?

«Sikkert er 60 Hz bedre enn 30 Hz, beviselig bedre,» sier Busey. Så det er et internettkrav opphørt. Og siden vi kan oppfatte bevegelse med en høyere hastighet enn vi kan en 60 Hz flimrende lyskilde, bør nivået være høyere enn det, men han vil ikke stå ved et tall. «Om platåene ved 120 Hz eller om du får en ekstra boost opp til 180 Hz, vet jeg bare ikke.»

«Jeg tror vanligvis, når du kommer opp over 200 bps ser det bare ut som vanlig bevegelse i virkeligheten, sier DeLong. Men i mer regelmessige termer føler han at frafallet hos mennesker som kan oppdage endringer i glatthet på en skjerm ligger på rundt 90Hz. «Klart, entusiaster kan være i stand til å fortelle små forskjeller, men for oss andre er det som rødvin er rødvin.»

Chopin ser på emnet veldig annerledes. «Det fremgår tydelig av litteraturen at du kan ikke se mer enn 20 Hz, ”sier han. Og mens jeg innrømmer at jeg opprinnelig fnyset inn i kaffen min, begynte argumentet hans snart å gi mye mer mening.

Sikkert er 60 Hz bedre enn 30 Hz, beviselig bedre.

Han forklarer meg at når vi er leter etter og kategoriserer elementer som mål i en førstepersonsskytter, vi sporer flere mål og oppdager bevegelse av små gjenstander. «Hvis du for eksempel tar bevegelsesdeteksjon av lite objekt, hva er den optimale tidsfrekvensen til et objekt du kan oppdage?»

Og studier har funnet at svaret er mellom 7 og 13 Hz. Etter det faller følsomheten vår for bevegelse betydelig. «Når du vil gjøre visuelt søk, eller flere visuelle sporing eller bare tolke bevegelsesretning, vil hjernen din bare ta 13 bilder ut av et sekund kontinuerlig flyt, så du vil gjennomsnittlig de andre bilder som er imellom til ett bilde. ”

Oppdaget av forsker Rufin vanRullen i 2010, skjer dette bokstavelig talt i hjernen vår: du kan se en jevn 13 Hz puls av aktivitet i en EEG, og den støttes ytterligere. ved observasjonen at vi også kan oppleve vognhjuleffekten du får når du fotograferer bilder av en snurrende gjenstand. Avspilt kan opptak se ut som viser at objektet roterer i motsatt retning. «Hjernen gjør det samme,» sier Chopin. «Du kan se dette uten kamera. Med tanke på alle studiene ser vi ingen forskjell mellom 20 Hz og over. La oss gå til 24Hz, som er standard for filmindustrien. Men jeg ser ikke noe poeng som går over det. ”

Det viktigste her er at Chopin snakker om at hjernen skaffer seg visuell informasjon som den kan behandle og som den kan handle på. Han sier ikke at vi ikke kan se forskjell på 20 Hz og 60 Hz opptak. «Bare fordi du kan se forskjellen, betyr det ikke at du kan bli bedre i spillet,» sier han. «Etter 24 Hz blir du ikke bedre, men du kan ha en fenomenologisk erfaring som er annerledes.» Det er derfor en forskjell mellom effektivitet og erfaring.

Og mens Busey og DeLong erkjente den estetiske appellen til en jevn framerate, følte ingen av dem at framerate er det viktigste og slutt på alt spill. teknologi som vi kanskje gjør. For Chopin er oppløsning langt viktigere. «Vi er veldig begrensede når det gjelder å tolke forskjell i tid, men vi har nesten ingen grenser for å tolke forskjell i rom,» sier han.

For DeLong er oppløsning også viktig, men bare for den lille, sentrale regionen. av øyet som bryr seg om det, som bare består av et par grader av synsfeltet ditt. «Noen av de mest overbevisende tingene jeg har sett har vært med øyesporing. Hvorfor tar vi ikke full oppløsning bare for øyene der vi faktisk trenger det? » Men hans virkelige fokus er på kontrastforhold. «Når vi ser virkelig sorte svarte og lyse hvite, er det virkelig overbevisende,» sier han.

Hva vi egentlig vet

Når alt kommer til alt, hva vet vi egentlig? At hjernen er komplisert, og at det virkelig ikke er noe universelt svar som gjelder alle.

• Noen mennesker kan oppfatte flimringen i en 50 eller 60 Hz lyskilde. Høyere oppdateringsfrekvenser reduserer merkbar flimring.
• Vi oppdager bevegelse bedre i periferien av vårt syn.
• Måten vi oppfatter blitsen på et bilde er annerledes enn hvordan vi oppfatter konstant bevegelse.
• Spillere har mer sannsynlighet for å ha noen av de mest følsomme, trente øynene når det gjelder å oppfatte endringer i bilder.
• Bare fordi vi kan oppfatte forskjellen mellom framerater, trenger det ikke nødvendigvis betyr at persepsjon påvirker reaksjonstiden vår.

Så det er ikke noe ryddig tema, og på toppen av alt dette, må vi også vurdere om skjermene våre faktisk er i stand til å sende bilder på disse høye rammer.Mange går ikke over 60 Hz, og Busey stiller spørsmål ved om skjermer annonsert ved 120 Hz virkelig viser det raskt (ifølge noen seriøst grundige tester på TFTCentral, gjør de absolutt det). Og som noen som også har hatt glede av spill med 30 bilder per sekund (og ofte heller mindre) gjengitt av konsollene mine, kan jeg forholde meg til dem som antyder at andre aspekter av visuelle skjermer kan koble bedre til min visuelle oppfatning.

På den annen side vil jeg gjerne høre fra pro-team om deres objektive erfaringer med framerate og hvordan det påvirker spillerprestasjoner. Kanskje de vil bekrefte eller motsette vitenskapens nåværende tenkning på dette feltet. Hvis spillere er så spesielle når det gjelder visjon, bør vi kanskje være de som leder en ny forståelse av det.