Quantos quadros por segundo o olho humano pode realmente ver?

Eu gasto muitos dos meus primeiros minutos do concurso em um novo jogo com um contador de taxa de quadros correndo no canto da tela. Eu jogo, hipersensível aos menores contratempos, entrando e saindo das configurações gráficas para otimizar, e me preocupar, e otimizar e me preocupar novamente.

Eu juro que não tenho aquele contador funcionando o tempo todo. Isso não seria saudável, certo? Mas a taxa de quadros é importante para nós. É a medição central pela qual avaliamos nossos equipamentos e as técnicas de um jogo. E porque não? Um contador de taxa de quadros não mente. Ele relata um número direto e simples. Em um mundo incerto, é algo que podemos apoiar.

Mas você pode ver altas taxas de quadros? Assim começa uma discussão tão antiga quanto os jogos de PC, uma guerra constante e confusa na qual o orgulho se choca com a ciência instável. Mas a raiva da internet à parte, é uma questão interessante, especialmente porque ela se relaciona com a forma primária de experimentarmos os jogos de computador. Qual é a taxa de quadros máxima que o olho humano vê? Quão perceptível é a diferença entre 30 Hz e 60 Hz? Entre 60 Hz e 144 Hz? Depois de que ponto é inútil exibir um jogo mais rápido?

A resposta é complexa e um tanto desordenada. Você pode não concordar com partes dela; alguns podem até deixá-lo com raiva. Especialistas em cognição visual e visual, mesmo aqueles que jogam, podem muito bem ter uma perspectiva muito diferente da sua sobre o que é importante sobre o fluxo de imagens que os computadores e monitores exibem. Mas a visão e a percepção humana são coisas estranhas e complicadas e não funcionam exatamente como parecem.

Aspectos da visão

A primeira coisa a entender é que percebemos coisas diferentes aspectos da visão de forma diferente. Detectar movimento não é o mesmo que detectar luz. Outra coisa é que diferentes partes do olho têm um desempenho diferente. O centro de sua visão é bom em coisas diferentes da periferia. E outra coisa é que existem limites físicos naturais para o que podemos perceber. Leva tempo para que a luz que passa por sua córnea se torne uma informação sobre a qual seu cérebro pode agir, e nosso cérebro só pode processar essa informação em uma determinada velocidade.

Mais outra conceito importante: tudo o que percebemos é maior do que qualquer elemento de nosso sistema visual pode alcançar. Este ponto é fundamental para compreender nossa percepção da visão.

“Você não pode prever o comportamento de todo o sistema com base em uma célula ou neurônio”, disse Jordan DeLong. DeLong é professor assistente de psicologia no St Josephs College em Rensselaer, e a maior parte de sua pesquisa é sobre sistemas visuais. “Podemos realmente perceber coisas, como a largura de uma linha ou duas linhas alinhadas, menores do que o que um neurônio individual pode fazer, e isso porque nós estamos calculando a média de milhares e milhares de neurônios. Na verdade, seu cérebro é muito mais preciso do que uma parte individual dele. ”

Jogadores … a população realmente estranha de pessoas que provavelmente estão operando perto de níveis máximos.

E, finalmente, somos especiais. Os jogadores de jogos de computador têm alguns dos melhores olhos ao redor. “Se você está trabalhando com jogadores, está trabalhando com uma população muito estranha de pessoas que provavelmente estão operando perto dos níveis máximos”, diz DeLong. Isso porque a percepção visual pode ser treinada e os jogos de ação são particularmente bons no treinamento da visão .

“único, uma das únicas maneiras de aumentar massivamente quase todos os aspectos da sua visão, então contraste a sensibilidade, as habilidades de atenção e o rastreamento de vários objetos”, Adrien Chopin, um pesquisador pós-doutorado em ciências cognitivas, diga-me. Tão bom, na verdade, que os jogos estão sendo usados em terapias visuais.

Então, antes que você fique bravo com os pesquisadores falando sobre quais taxas de quadros você pode ou não perceber, dê um tapinha nas costas: se você jogar jogos de ação pesada, você provavelmente é mais perceptivo das taxas de quadros do que a pessoa média.

Percebendo o movimento

Agora, vamos chegar a alguns números. A primeira coisa a se pensar é a frequência de oscilação. A maioria das pessoas percebe uma fonte de luz cintilante como iluminação constante a uma taxa de 50 a 60 vezes por segundo, ou hertz. Algumas pessoas podem detectar uma leve oscilação em uma lâmpada fluorescente de 60 Hz, e a maioria das pessoas verá manchas tremulantes em sua visão se fizerem um movimento rápido dos olhos ao olhar para as luzes traseiras de LED moduladas encontradas em muitos carros modernos.

Mas isso só oferece parte do quebra-cabeça quando se trata de perceber o fluxo de imagens de jogo suaves.E se você já ouviu falar de estudos sobre pilotos de caça nos quais eles demonstraram a capacidade de perceber uma imagem piscada na tela por 1/250 de segundo, também não é bem isso que a percepção de imagens fluidas e fluidas de jogos de computador . Isso ocorre porque os jogos geram imagens em movimento e, portanto, invocam sistemas visuais diferentes daqueles que simplesmente processam luz.

Como exemplo, existe uma coisa chamada “lei de Bloch”. Basicamente, é uma das poucas leis da percepção ”, Professor Thomas Busey, associado chefe do departamento do Departamento de Ciências Psicológicas e do Cérebro da Universidade de Indiana, me diz. Ele diz que existe uma compensação entre intensidade e duração em um flash de luz com duração inferior a 100 ms. Você pode ter um nanossegundo de luz incrivelmente brilhante e terá a mesma aparência que um décimo de segundo de luz fraca. “Em geral, as pessoas não conseguem distinguir entre estímulos curtos, claros e longos e escuros com um décimo de segundo de duração”, diz ele. É um pouco como a relação entre a velocidade do obturador e a abertura de uma câmera: permitindo muitos iluminar com uma grande abertura e definir uma velocidade do obturador curta, sua fotografia ficará tão bem exposta quanto uma tirada, deixando uma pequena quantidade de luz com uma abertura estreita e definindo uma velocidade do obturador longa.

Mas, embora tenhamos problemas para distinguir a intensidade dos flashes de luz com menos de 10 ms, podemos perceber artefatos de movimento incrivelmente rápidos. “Eles têm que ser muito específicos e especiais, mas você poderia ver um artefato a 500 fps se quisesse”, DeLong me diz.

A especificidade se relaciona à maneira como percebemos os diferentes tipos de movimento. Se você está sentado quieto e olhando as coisas à sua frente se movendo, é um sinal muito diferente da visão que você tem quando está caminhando. “Eles se concentram em lugares diferentes”, diz DeLong. “A parte do meio de sua visão, a região foveal, que é a mais detalhada, é na verdade muito lixo quando se trata de detectar movimento, então se você estiver observando as coisas no no meio da tela em movimento, não importa muito qual é a taxa de atualização; você não pode ver com essa parte do olho. ”

Mas, na periferia de nossos olhos, detectamos movimento incrivelmente bem. Com uma tela preenchendo sua visão periférica que está sendo atualizada a 60 Hz ou mais, muitas pessoas relatam que têm a forte sensação de que estão se movendo fisicamente. Em parte, é por isso que os fones de ouvido de RV, que podem operar na visão periférica, são atualizados tão rápido (90 Hz).

Também vale a pena considerar algumas das coisas que fazemos quando tocamos, digamos, um atirador em primeira pessoa. Estamos continuamente controlando a relação entre o movimento do mouse e a visualização em um ciclo de feedback perceptual do motor, navegamos e nos movemos pelo espaço 3D e também procuramos e rastreamos inimigos. Portanto, estamos continuamente atualizando nossa compreensão do mundo do jogo com informações visuais. Busey diz que os benefícios de imagens suaves e rapidamente refrescantes vêm em nossa percepção de movimento em grande escala, em vez de detalhes finos.

Mas quão rápido podemos perceber o movimento? Depois de tudo o que leu acima, provavelmente você pode adivinhar que não há respostas precisas. Mas existem algumas respostas definitivas, como esta: você pode perceber com certeza a diferença entre 30 Hz e 60 Hz.

Que taxas de quadros podemos realmente ver?

“Certamente 60 Hz é melhor do que 30 Hz, comprovadamente melhor”, diz Busey. Essa é uma reivindicação da internet anulada. E uma vez que podemos perceber o movimento a uma taxa mais alta do que podemos com uma fonte de luz cintilante de 60 Hz, o nível deve ser mais alto do que isso, mas ele não ficará por um número. “Se esses platôs a 120 Hz ou se você obtém um aumento adicional de 180 Hz, eu simplesmente não sei.”

“Acho que normalmente, quando você sobe acima de 200 fps, parece que movimento regular da vida real ”, diz DeLong. Mas em termos mais regulares, ele sente que a queda nas pessoas que conseguem detectar mudanças na suavidade de uma tela fica em torno de 90Hz. “Claro, os aficionados podem ser capazes de notar pequenas diferenças, mas para o resto de nós é como se vinho tinto fosse vinho tinto.”

Chopin olha para o assunto de uma maneira muito diferente. você não pode ver nada mais do que 20 Hz ”, ele me diz. E embora eu admita que inicialmente cheirei meu café, seu argumento logo começou a fazer muito mais sentido.

Certamente 60 Hz é melhor do que 30 Hz, comprovadamente melhor.

Ele me explica que quando estamos procurando e categorizando elementos como alvos em um jogo de tiro em primeira pessoa, estamos rastreando vários alvos e detectando o movimento de pequenos objetos. “Por exemplo, se você pegar a detecção de movimento de um objeto pequeno, qual é a frequência temporal ideal de um objeto que você pode detectar?”

E estudos descobriram que a resposta está entre 7 e 13 Hz. Depois disso, nossa sensibilidade ao movimento cai significativamente. “Quando você quer fazer uma busca visual, ou rastreamento visual múltiplo ou apenas interpretar a direção do movimento, seu cérebro irá tirar apenas 13 imagens de um segundo de fluxo contínuo, então você fará a média do outro imagens que estão no meio em uma única imagem. ”

Descoberto pelo pesquisador Rufin vanRullen em 2010, isso literalmente acontece em nossos cérebros: você pode ver um pulso constante de 13 Hz de atividade em um EEG, e é ainda mais suportado pela observação de que também podemos experimentar o efeito de roda de vagão que você obtém quando fotografa um objeto com raios girando. Reproduzida, a filmagem pode parecer mostrar o objeto girando na direção oposta. “O cérebro faz a mesma coisa”, diz Chopin. “Você pode ver isso sem uma câmera. Considerando todos os estudos, não estamos vendo nenhuma diferença entre 20 Hz e acima. Vamos para 24hz, que é o padrão da indústria cinematográfica. Mas não vejo sentido em ir além disso. ”

O importante aqui é que Chopin está falando sobre o cérebro adquirindo informações visuais que ele pode processar e sobre as quais pode agir. Ele não está dizendo que não podemos notar uma diferença entre a filmagem de 20 Hz e 60 Hz. “Só porque você pode ver a diferença, não significa que você pode ser melhor no jogo”, diz ele. “Depois de 24 Hz você não vai melhorar, mas pode ter alguma experiência fenomenológica que é diferente”. Há uma diferença, portanto, entre eficácia e experiência.

E embora Busey e DeLong reconhecessem o apelo estético de uma taxa de quadros suave, nenhum deles sentiu que a taxa de quadros é o ponto-chave e o fim de tudo do jogo tecnologia que talvez façamos. Para Chopin, a resolução é muito mais importante. “Somos muito limitados na interpretação da diferença no tempo, mas quase não temos limites na interpretação da diferença no espaço”, diz ele.

Para DeLong, a resolução também é importante, mas apenas para a pequena região central do olho que se preocupa com ele, que compreende apenas alguns graus do seu campo de visão. “Algumas das coisas mais atraentes que já vi foram o rastreamento ocular. Por que não fazemos resolução total apenas nas áreas do olho onde realmente precisamos? ” Mas seu foco real está nas taxas de contraste. “Quando vemos pretos verdadeiros e brancos brilhantes, é realmente atraente”, diz ele.

O que realmente sabemos

Depois de tudo isso, o que realmente sabemos? Que o cérebro é complicado e não existe uma resposta universal que se aplique a todos.

• Algumas pessoas podem perceber a cintilação em uma fonte de luz de 50 ou 60 Hz. Taxas de atualização mais altas reduzem a cintilação perceptível.
• Detectamos melhor o movimento na periferia de nossa visão.
• A maneira como percebemos o flash de uma imagem é diferente de como percebemos o movimento constante.
• Os jogadores são mais propensos a ter alguns dos olhos mais sensíveis e treinados quando se trata de perceber mudanças nas imagens.
• Só porque podemos perceber a diferença entre as taxas de quadros não necessariamente significa que a percepção impacta nosso tempo de reação.

Portanto, não é um assunto organizado e, além de tudo isso, temos que considerar também se nossos monitores são realmente capazes de emitir imagens nesses altas taxas de quadros.Muitos não vão acima de 60 Hz, e Busey questiona se os monitores anunciados em 120 Hz realmente exibem tão rápido (de acordo com alguns testes seriamente aprofundados no TFTCentral, eles certamente o fazem). E como alguém que também gostou de jogos a 30 quadros por segundo (e muitas vezes menos) renderizados por meus consoles, posso me identificar com eles, sugerindo que outros aspectos das exibições visuais podem se conectar melhor com minha percepção visual.

Por outro lado, adoraria ouvir de times profissionais sobre suas experiências objetivas com a taxa de quadros e como isso afeta o desempenho do jogador. Talvez eles corroborem ou contradigam o pensamento atual da ciência neste campo. Se os jogadores são tão especiais quando se trata de visão, talvez devêssemos ser os únicos a liderar uma nova compreensão dela.