Hoeveel frames per seconde kan het menselijk oog echt zien?

Ik besteed veel te veel van mijn eerste tedere minuten in een nieuw spel met een framerate-teller die in de hoek van mijn scherm loopt. Ik speel, hypergevoelig voor de kleinste haperingen, duik in en uit de grafische instellingen om te optimaliseren, en me zorgen te maken, en te optimaliseren en me weer zorgen te maken.

Ik zweer dat ik die teller niet altijd heb. Dat zou toch ongezond zijn? Maar framerate is belangrijk voor ons. Het is de kernmeting waarmee we zowel onze rigs als de technische karbonades van een game beoordelen. En waarom niet? Een framerate-teller liegt niet. Het rapporteert een duidelijk, eenvoudig nummer. In een onzekere wereld is het iets waar we voor kunnen staan.

Maar zie je hoge framerates? Zo begint een argument zo oud als pc-games, een voortdurende en verwarde oorlog waarin trots botst met de wankele wetenschap. Maar afgezien van internetwoede is het een interessante vraag, vooral omdat het betrekking heeft op de primaire manier waarop we computerspellen ervaren. Wat is de maximale framerate die het menselijk oog ziet? Hoe waarneembaar is het verschil tussen 30 Hz en 60 Hz? Tussen 60 Hz en 144 Hz? Op welk punt heeft het geen zin om een spel sneller weer te geven?

Het antwoord is complex en nogal slordig. U bent het misschien niet eens met delen ervan; sommigen kunnen je zelfs boos maken. Oog- en visuele cognitie-experts, zelfs degenen die zelf games spelen, hebben misschien een heel ander perspectief dan jij over wat belangrijk is aan de vloeiende beelden die computers en monitoren weergeven. Maar menselijk zicht en waarneming is een vreemd en ingewikkeld iets, en het werkt niet helemaal zoals het voelt.

Aspecten van het gezichtsvermogen

Het eerste dat we moeten begrijpen, is dat we anders waarnemen aspecten van visie anders. Beweging detecteren is niet hetzelfde als licht detecteren. Een ander ding is dat verschillende delen van het oog anders presteren. Het centrum van je zicht is goed in andere dingen dan de periferie. En een ander ding is dat er natuurlijke, fysieke grenzen zijn aan wat we kunnen waarnemen. Het licht dat door je hoornvlies gaat, heeft tijd nodig om informatie te worden waarop je hersenen kunnen reageren, en onze hersenen kunnen die informatie alleen met een bepaalde snelheid verwerken.

Nog een ander belangrijk concept: het geheel van wat we waarnemen is groter dan wat enig element van ons visuele systeem kan bereiken. Dit punt is fundamenteel om onze perceptie van visie te begrijpen.

“Je kunt het gedrag van het hele systeem niet voorspellen op basis van één cel of één neuron”, vertelt Jordan DeLong. DeLong is assistent-professor van psychologie aan het St. Josephs College in Rensselaer, en het merendeel van zijn onderzoek betreft visuele systemen. We kunnen dingen echt waarnemen, zoals de breedte van een lijn of twee lijnen die op één lijn liggen, kleiner dan wat een individueel neuron kan doen, en dat komt omdat we zijn gemiddeld over duizenden en duizenden neuronen. Je brein is eigenlijk veel nauwkeuriger dan een afzonderlijk deel ervan. “

Gamers … a echt rare populatie mensen die waarschijnlijk dicht bij het maximale niveau opereren.

En tot slot zijn we speciaal. Computerspelspelers hebben enkele van de beste ogen die er zijn. “Als je met gamers werkt, werk je met een heel rare populatie mensen die waarschijnlijk dicht bij het maximale niveau opereren”, zegt DeLong. Dat komt omdat visuele waarneming kan worden getraind, en actiegames zijn bijzonder goed in het trainen van visie .

“uniek, een van de weinige manieren om bijna alle aspecten van uw zicht enorm te verbeteren, dus contrastgevoeligheid, aandachtsvermogen en het volgen van meerdere objecten,” Adrien Chopin, een postdoc-onderzoeker in cognitieve wetenschappen, verteld mij. Zo goed zelfs dat games worden gebruikt bij visuele therapieën.

Dus voordat je boos wordt op onderzoekers die praten over welke framerates je wel en niet kunt waarnemen, moet je jezelf een schouderklopje geven: als je speelt games met veel actie, je hebt waarschijnlijk meer oog voor framerates dan de gemiddelde persoon.

Beweging waarnemen

Laten we nu eens kijken naar enkele cijfers. Het eerste waar u aan moet denken, is de flikkerfrequentie. De meeste mensen zien een flikkerende lichtbron als een constante verlichting met een snelheid van 50 tot 60 keer per seconde, of hertz. Sommige mensen kunnen een lichte flikkering waarnemen in een fluorescerende gloeilamp van 60 Hz, en de meeste mensen zullen flikkerende vlekken in hun zicht zien als ze een snelle oogbeweging maken wanneer ze naar de gemoduleerde led-achterlichten kijken die in veel moderne autos te vinden zijn.

Maar dit biedt slechts een deel van de puzzel als het gaat om het waarnemen van vloeiende, vloeiende gamebeelden.En als je hebt gehoord over studies over jachtpiloten waarin ze hebben aangetoond dat ze in staat zijn om een beeld dat 1 / 250ste van een seconde op het scherm flitst, waar te nemen, dan is dat ook niet helemaal waar de perceptie van vloeiende, vloeiende beelden van computerspellen over gaat. . Dat komt doordat games bewegende beelden uitvoeren en daarom andere visuele systemen oproepen dan degene die simpelweg licht verwerken.

Als voorbeeld is er zoiets als de wet van Bloch. “In feite is het een van de weinige wetten in perceptie”, zegt professor Thomas Busey, medewerker afdelingsvoorzitter van de afdeling psychologische en hersenwetenschappen van de universiteit van Indiana, vertelt me. Het zegt dat er een afweging is tussen intensiteit en duur in een lichtflits die minder dan 100 ms duurt. Je kunt een nanoseconde ongelooflijk helder licht hebben en het zal hetzelfde lijken als een tiende van een seconde zwak licht. “Over het algemeen kunnen mensen binnen een tiende van een seconde geen onderscheid maken tussen korte, heldere en lange, zwakke stimuli”, zegt hij. Het lijkt een beetje op de relatie tussen sluitertijd en diafragma in een camera: door veel licht in met een groot diafragma en door een korte sluitertijd in te stellen, wordt uw foto even goed belicht als een foto die is gemaakt door een kleine hoeveelheid licht met een klein diafragma en een lange sluitertijd in te stellen.

Maar hoewel we moeite hebben om de intensiteit van lichtflitsen van minder dan 10 ms te onderscheiden, kunnen we ongelooflijk snelle bewegingsartefacten waarnemen. “Ze moeten heel specifiek en speciaal zijn, maar je zou een artefact kunnen zien met 500 fps als je dat zou willen,” DeLong vertelt het me.

De specificiteit heeft betrekking op de manier waarop we verschillende soorten beweging waarnemen. Als je stil zit en dingen voor je ziet bewegen, is dat een heel ander signaal dan het beeld dat je krijgt als je langsloopt. “Ze zijn gecentreerd op verschillende plaatsen”, zegt DeLong. “Het middelste deel van je zicht, het foveale gebied, dat het meest gedetailleerd is, is eigenlijk vrij veel rotzooi als het gaat om het detecteren van beweging, dus als je dingen in de midden van het scherm beweegt, het is niet zo erg wat de verversingssnelheid is; je kunt het onmogelijk met dat deel van je oog zien. ”

Maar buiten in de periferie van onze ogen detecteren we beweging ongelooflijk goed. Met een scherm dat hun perifere zicht vult dat wordt bijgewerkt op 60 Hz of meer, zullen veel mensen melden dat ze het sterke gevoel hebben dat ze fysiek in beweging zijn. Dat is gedeeltelijk de reden waarom VR-headsets, die kunnen werken in het perifere zicht, zo snel worden bijgewerkt (90 Hz).

Het is ook de moeite waard om een aantal dingen te overwegen die we doen tijdens het spelen, bijvoorbeeld een first person shooter. We controleren continu de relatie tussen onze muisbeweging en de weergave in een perceptuele motorfeedbacklus, we navigeren en bewegen door de 3D-ruimte en we zoeken en volgen ook vijanden. We werken daarom ons begrip van de wereld van de game voortdurend bij met visuele informatie. Busey zegt dat de voordelen van vloeiende, snel verfrissende beelden voortkomen uit onze perceptie van beweging op grote schaal in plaats van fijne details.

Maar hoe snel kunnen we beweging waarnemen? Na alles wat je hierboven hebt gelezen, kun je waarschijnlijk raden dat er geen precieze antwoorden zijn. Maar er zijn enkele definitieve antwoorden, zoals deze: je kunt het verschil tussen 30 Hz en 60 Hz zeker waarnemen.

Welke framerates kunnen we echt zien?

“Zeker 60 Hz is beter dan 30 Hz, aantoonbaar beter”, zegt Busey. Dus dat is een internetclaim die is vernietigd. En aangezien we beweging met een hogere snelheid kunnen waarnemen dan we een 60 Hz flikkerende lichtbron kunnen, zou het niveau hoger moeten zijn dan dat, maar hij zal niet bij een nummer staan. “Of dat plateaus zijn bij 120 Hz of dat je een extra boost krijgt tot 180 Hz, ik weet het gewoon niet.”

“Ik denk dat het typisch lijkt, als je eenmaal boven de 200 fps komt, lijkt het er gewoon op regelmatige, levensechte bewegingen ”, zegt DeLong. Maar in regelmatiger bewoordingen vindt hij dat de afname van mensen die veranderingen in gladheid in een scherm kunnen detecteren, rond de 90Hz ligt. “Natuurlijk kunnen liefhebbers misschien piepkleine verschillen zien, maar voor de rest van ons is het alsof rode wijn rode wijn is.”

Chopin kijkt heel anders naar het onderwerp. “Het is duidelijk uit de literatuur dat je kunt niets meer zien dan 20 Hz, ”vertelt hij me. En hoewel ik toegeef dat ik aanvankelijk in mijn koffie snoof, begon zijn argument al snel veel logischer te worden.

Zeker 60 Hz is beter dan 30 Hz, aantoonbaar beter.

Hij legt me uit dat wanneer we door elementen te zoeken en te categoriseren als doelen in een first person shooter, volgen we meerdere doelen en detecteren we beweging van kleine objecten. “Als je bijvoorbeeld de bewegingsdetectie van een klein object neemt, wat is dan de optimale temporele frequentie van een object dat je kunt detecteren?”

En studies hebben uitgewezen dat het antwoord tussen 7 en 13 Hz ligt. Daarna daalt onze gevoeligheid voor beweging aanzienlijk. “Als je visueel zoeken wilt doen, of meerdere visuele tracking wilt doen of gewoon de bewegingsrichting wilt interpreteren, nemen je hersenen slechts 13 beelden uit een seconde continue stroom, dus je zult het gemiddelde nemen van de andere beelden die er tussenin zitten tot één beeld. ”

Ontdekt door onderzoeker Rufin vanRullen in 2010, gebeurt dit letterlijk in onze hersenen: je kunt een gestage 13 Hz puls van activiteit zien in een EEG, en het wordt verder ondersteund door de waarneming dat we ook het wagenwieleffect kunnen ervaren dat je krijgt als je beelden fotografeert van een draaiend spaakobject. Bij het afspelen van beelden kan het lijken alsof het object in de tegenovergestelde richting draait. “De hersenen doen hetzelfde”, zegt Chopin. “Je kunt dit zonder camera zien. Gezien alle onderzoeken zien we geen verschil tussen 20 Hz en hoger. Laten we naar 24hz gaan, de industriestandaard voor films. Maar ik zie geen punt daarboven. “

Het belangrijkste hier is dat Chopin het heeft over de hersenen die visuele informatie verwerven die ze kunnen verwerken en waarop ze kunnen reageren. Hij zegt niet dat we geen verschil kunnen zien tussen 20 Hz en 60 Hz-beelden. “Alleen omdat je het verschil kunt zien, wil dat nog niet zeggen dat je beter kunt worden in het spel”, zegt hij. “Na 24 Hz word je niet beter, maar misschien heb je een fenomenologische ervaring die anders is.” Er is dus een verschil tussen effectiviteit en ervaring.

En hoewel Busey en DeLong de esthetische aantrekkingskracht van een soepele framerate erkenden, had geen van hen het gevoel dat framerate het allerbelangrijkste is van gamen. technologie die we misschien doen. Voor Chopin is resolutie veel belangrijker. “We zijn zeer beperkt in het interpreteren van verschillen in tijd, maar we hebben bijna geen limieten in het interpreteren van verschillen in ruimte”, zegt hij.

Voor DeLong is resolutie ook belangrijk, maar alleen voor de kleine, centrale regio van het oog dat erom geeft, dat slechts een paar graden van je gezichtsveld beslaat. Enkele van de meest fascinerende dingen die ik heb gezien, waren met eye-tracking. Waarom doen we de volledige resolutie niet alleen voor de delen van het oog waar we het echt nodig hebben? ” Maar zijn echte focus ligt op contrastverhoudingen. “Als we echt echte zwarten en stralend wit zien, is dat echt fascinerend”, zegt hij.

Wat we echt weten

Wat weten we na dat alles echt? Dat de hersenen is ingewikkeld, en dat er echt geen universeel antwoord is dat voor iedereen geldt.

• Sommige mensen kunnen de flikkering in een lichtbron van 50 of 60 Hz waarnemen. Hogere verversingsfrequenties verminderen waarneembare flikkeringen.
• We detecteren beweging beter aan de rand van ons zicht.
• De manier waarop we de flits van een beeld waarnemen, is anders dan hoe we constante beweging waarnemen.
• Gamers hebben meer kans om enkele van de meest gevoelige, getrainde ogen te hebben als het gaat om het waarnemen van veranderingen in het beeld.
• Alleen omdat we het verschil tussen framerates kunnen waarnemen, hoeft dat niet per se betekent dat perceptie van invloed is op onze reactietijd.

Het is dus geen opgeruimd onderwerp, en bovendien moeten we ook overwegen of onze monitoren daadwerkelijk in staat zijn om beelden op deze hoge framerates.Velen gaan niet boven 60 Hz, en Busey vraagt zich af of monitoren die op 120 Hz worden geadverteerd, echt zo snel worden weergegeven (volgens een aantal serieus diepgaande tests bij TFTCentral, doen ze dat zeker). En als iemand die ook van games heeft genoten met de 30 frames per seconde (en vaak wat minder) die door mijn consoles worden weergegeven, kan ik me in hen verhouden door te suggereren dat andere aspecten van visuele displays misschien beter aansluiten bij mijn visuele perceptie.

Aan de andere kant zou ik graag van professionele teams horen over hun objectieve ervaringen met framerate en hoe dit de prestaties van spelers beïnvloedt. Misschien zullen ze het huidige denken van de wetenschap op dit gebied bevestigen of tegenspreken. Als gamers zo speciaal zijn als het op visie aankomt, moeten wij misschien degenen zijn die een nieuw begrip ervan moeten leiden.