Hur många bilder per sekund kan det mänskliga ögat verkligen se?

Jag spenderar alldeles för många av mina första anbudsminuter i ett nytt spel med en framerate-räknare som kör i hörnet på min skärm. Jag spelar, överkänslig för de minsta hitcharna, doppar in och ut ur grafikinställningarna för att optimera och oroa mig, och optimera och oroa mig igen.

Jag svär att jag inte har den räknaren som går hela tiden. Det skulle vara ohälsosamt, eller hur? Men framrate är viktigt för oss. Det är kärnmätningen genom vilken vi betygsätter både våra riggar och spelets tekniska kotletter. Och varför inte? En framerate-räknare ljuger inte. Det rapporterar ett rakt, enkelt nummer. I en osäker värld är det något vi kan stå för.

Men kan du se höga bildfrekvenser? Så börjar ett så gammalt argument som PC-spel, ett ständigt och förvirrat krig där stolthet kolliderar med skakig vetenskap. Men internt raseri åt sidan är det en intressant fråga, särskilt eftersom det engagerar sig i det primära sättet vi upplever dataspel. Vad är den maximala bildfrekvensen som det mänskliga ögat ser? Hur märkbar är skillnaden mellan 30 Hz och 60 Hz? Mellan 60 Hz och 144 Hz? Efter vilken punkt är det meningslöst att visa ett spel snabbare?

Svaret är komplext och ganska stökigt. Du kanske inte håller med delar av det; vissa kan till och med göra dig arg. Ögon- och visuell kognitionsexperter, även de som spelar spel själva, kan mycket väl ha ett helt annat perspektiv än dig om vad som är viktigt med de flödande bilderna som datorer och bildskärmar visar. Men mänsklig syn och uppfattning är en konstig och komplicerad sak, och det fungerar inte riktigt som det känns.

Aspekter av syn

Det första vi måste förstå är att vi uppfattar olika aspekter av visionen annorlunda. Detektering av rörelse är inte detsamma som att detektera ljus. En annan sak är att olika delar av ögat fungerar annorlunda. Mitt i din vision är bra på andra saker än periferin. Och en annan sak är att det finns naturliga, fysiska gränser för vad vi kan uppfatta. Det tar tid för ljuset som passerar genom din hornhinna att bli information som din hjärna kan agera på, och våra hjärnor kan bara bearbeta den informationen i en viss hastighet.

Ännu en annan viktigt koncept: hela det vi uppfattar är större än vad någon del av vårt visuella system kan uppnå. Denna punkt är grundläggande för att förstå vår syn på syn.

”Du kan inte förutsäga hela systemets beteende baserat på en cell eller en neuron,” säger Jordan DeLong. DeLong är biträdande professor i psykologi vid St Josephs College i Rensselaer, och huvuddelen av hans forskning handlar om visuella system. ”Vi kan faktiskt uppleva saker, som bredden på en linje eller två linjer i linje, mindre än vad en enskild neuron kan göra, och det beror på att vi har i genomsnitt över tusentals och tusentals neuroner. Din hjärna är faktiskt mycket mer exakt än en enskild del av den. ”

Spelare … a riktigt konstig befolkning av människor som förmodligen arbetar nära maximala nivåer.

Och slutligen är vi speciella. Datorspelare har några av de bästa ögonen runt. ”Om du arbetar med spelare jobbar du med en riktigt konstig befolkning av människor som förmodligen arbetar nära maximala nivåer”, säger DeLong. Det beror på att visuell uppfattning kan tränas och actionspel är särskilt bra för att träna visionen. .

”unikt, ett av de enda sätten att massivt öka nästan alla aspekter av din vision, så kontrastkänslighet, uppmärksamhetsförmåga och spårning av flera objekt,” Adrien Chopin, forskare inom kognitiv vetenskap, berättar för mig. Så bra, faktiskt att spel används i visuella terapier.

Så innan du blir arg om forskare som talar om vilka ramar du kan och inte kan uppleva, klappa dig själv på ryggen: om du spelar actiontunga spel, du är troligtvis mer uppmärksam på framerates än den genomsnittliga personen.

Att uppleva rörelse

Låt oss nu komma till några siffror. Det första att tänka på är flimmerfrekvens. De flesta människor uppfattar en flimrande ljuskälla som konstant belysning med en hastighet av 50 till 60 gånger per sekund, eller hertz. Vissa människor kan upptäcka en liten flimmer i en 60 Hz fluorescerande glödlampa, och de flesta kommer att se fläckiga utstryk över sin syn om de gör en snabb ögonrörelse när de tittar på de modulerade LED-bakljusen som finns i många moderna bilar.

Men detta erbjuder bara en del av pusslet när det gäller att uppleva flytande smidiga spelmaterial.Och om du har hört talas om studier på stridsflygare där de har visat att de kan uppfatta en bild som blinkade på skärmen i 1/250 sekund, så är det inte riktigt vad uppfattningen av smidiga, flytande datorspelbilder handlar om . Det beror på att spel skickar ut rörliga bilder och därför åberopar olika visuella system till de som helt enkelt behandlar ljus.

Som ett exempel finns det denna sak som heter Blochs lag. ”I grund och botten är det en av få lagar i uppfattningen,” Professor Thomas Busey, biträdande berättar avdelningsordförande vid Indiana Universitys avdelning för psykologisk och hjärnvetenskap. Det står att det finns en avvägning mellan intensitet och varaktighet i en ljusblixt som varar mindre än 100 ms. Du kan ha en nanosekund av otroligt starkt ljus och det kommer att se ut som en tiondel sekund av svagt ljus. ”I allmänhet kan människor inte skilja mellan korta, ljusa och långa, svaga stimuli inom en tiondels sekund,” säger han. Det är lite som förhållandet mellan slutartid och bländare i en kamera: genom att låta mycket ljus in med bred bländare och ställa in en kort slutartid blir ditt fotografi lika bra exponerat som ett tag genom att låta en liten mängd ljus med en smal bländare och ställa in en lång slutartid.

Men även om vi har problem med att skilja intensiteten av ljusblixtar mindre än 10 ms, kan vi uppfatta otroligt snabba rörelseartefakter. ”De måste vara väldigt specifika och speciella, men du kan se en artefakt på 500 fps om du vill,” DeLong berättar för mig.

Specificiteten hänför sig till hur vi uppfattar olika typer av rörelse. Om du sitter stilla och tittar på saker framför dig rör dig, är det en helt annan signal till utsikten du får när du går längs. ”De är centrerade på olika platser”, säger DeLong. ”Den mellersta delen av din vision, den foveala regionen, som är den mest detaljerade, är faktiskt ganska mycket skräp när det gäller att upptäcka rörelse, så om du tittar på saker i mitt på skärmen rör sig, det är inte så stor sak vad uppdateringsfrekvensen är; du kan omöjligt se det med den delen av ditt öga. ”

Men ute i ögons periferi upptäcker vi rörelse otroligt bra. Med en skärm som fyller sin perifera syn som uppdateras vid 60 Hz eller mer, rapporterar många att de har den starka känslan av att de rör sig fysiskt. Det är delvis därför VR-headset, som kan fungera i den perifera visionen, uppdateras så snabbt (90 Hz).

Det är också värt att överväga några av de saker vi gör när vi spelar, säg, en första person shooter. Vi kontrollerar kontinuerligt förhållandet mellan vår musrörelse och vyn i en perceptuell motor-feedback-slinga, vi navigerar och rör oss genom 3D-rymden, och vi letar också efter och spårar fiender. Vi uppdaterar därför kontinuerligt vår förståelse för spelets värld med visuell information. Busey säger att fördelarna med smidiga, snabbt uppfriskande bilder kommer i vår uppfattning av storskalig rörelse snarare än fina detaljer.

Men hur snabbt kan vi uppfatta rörelse? Efter allt du har läst ovan kan du antagligen gissa att det inte finns några exakta svar. Men det finns några definitiva svar, så här: du kan definitivt uppfatta skillnaden mellan 30 Hz och 60 Hz.

Vilka ramar kan vi verkligen se?

”Visst är 60 Hz bättre än 30 Hz, bevisligen bättre”, säger Busey. Så det är ett internetanspråk upphävt. Och eftersom vi kan uppfatta rörelse i högre takt än vi kan en 60 Hz flimrande ljuskälla, bör nivån vara högre än så, men han kommer inte att stå vid ett tal. ”Om platåerna vid 120 Hz eller om du får en extra boost upp till 180 Hz, vet jag bara inte.”

”Jag tror typiskt, när du kommer upp över 200 fps ser det bara ut som regelbundna, verkliga rörelser, säger DeLong. Men mer regelbundet känner han att avbrottet hos människor som kan upptäcka förändringar i jämnhet på en skärm ligger på cirka 90Hz. ”Visst, entusiaster kanske kan berätta små skillnader, men för resten av oss är det som att rött vin är rött vin.”

Chopin tittar på ämnet väldigt annorlunda. du kan inte se något mer än 20 Hz, säger han till mig. Och medan jag erkänner att jag ursprungligen snarkade in i mitt kaffe började hans argument snart bli mycket mer meningsfullt.

Visst är 60 Hz bättre än 30 Hz, bevisligen bättre.

Han förklarar för mig att när vi är söker efter och kategoriserar element som mål i en förstapersonsskjutare, vi spårar flera mål och upptäcker rörelse hos små föremål. ”Om du till exempel tar rörelsedetekteringen av ett litet objekt, vad är den optimala tidsfrekvensen för ett objekt som du kan upptäcka?”

Och studier har visat att svaret ligger mellan 7 och 13 Hz. Efter det sjunker vår känslighet för rörelse avsevärt. ”När du vill göra visuell sökning, eller multipel visuell spårning eller bara tolka rörelseriktning, tar din hjärna bara 13 bilder ur en sekund av kontinuerligt flöde, så du kommer att genomsnitta de andra bilder som är däremellan i en bild. ”

Upptäckt av forskaren Rufin vanRullen 2010, detta händer bokstavligen i våra hjärnor: du kan se en stadig 13 Hz puls av aktivitet i en EEG, och den stöds ytterligare genom observationen att vi också kan uppleva den ”vagnhjulseffekt” du får när du fotograferar bilder av ett snurrande föremål. Om det spelas tillbaka kan bilderna visa att objektet roterar i motsatt riktning. ”Hjärnan gör samma sak”, säger Chopin. ”Du kan se detta utan en kamera. Med tanke på alla studier ser vi ingen skillnad mellan 20 Hz och högre. Låt oss gå till 24Hz, vilket är filmindustrins standard. Men jag ser ingen poäng som går över det. ”

Det viktiga här är att Chopin pratar om att hjärnan förvärvar visuell information som den kan bearbeta och som den kan agera på. Han säger inte att vi inte kan se skillnad mellan 20 Hz och 60 Hz-bilder. ”Bara för att du kan se skillnaden betyder det inte att du kan bli bättre i spelet”, säger han. ”Efter 24 Hz blir du inte bättre, men du kan ha en fenomenologisk upplevelse som är annorlunda.” Det finns därför en skillnad mellan effektivitet och erfarenhet.

Och även om Busey och DeLong erkände den estetiska överklagandet av en smidig framrate, kände ingen av dem att framerate är det bästa och slutliga i spelet. teknik som vi kanske gör. För Chopin är upplösning mycket viktigare. ”Vi är mycket begränsade när det gäller att tolka skillnader i tid, men vi har nästan inga gränser för att tolka skillnader i rymden”, säger han.

För DeLong är upplösning också viktig, men bara för den lilla, centrala regionen. av ögat som bryr sig om det, som bara omfattar ett par grader av ditt synfält. ”Några av de mest övertygande sakerna jag har sett har varit med ögonspårning. Varför gör vi inte full upplösning endast för de ögonområden där vi faktiskt behöver det? ” Men hans verkliga fokus är på kontrastförhållanden. ”När vi ser riktigt sanna svarta och ljusa vita är det verkligen övertygande,” säger han.

Vad vi verkligen vet

När allt kommer omkring, vad vet vi egentligen? Att hjärnan är komplicerat och att det verkligen inte finns något universellt svar som gäller alla.

• Vissa människor kan uppleva flimmern i en 50 eller 60 Hz ljuskälla. Högre uppdateringshastigheter minskar märkbart flimmer.
• Vi upptäcker rörelse bättre i periferin av vår vision.
• Det sätt vi uppfattar blixten på en bild är annorlunda än hur vi uppfattar konstant rörelse.
• Spelare är mer benägna att ha några av de mest känsliga, tränade ögonen när det gäller att uppfatta förändringar i bilder.
• Bara för att vi kan uppfatta skillnaden mellan framställningar behöver inte nödvändigtvis betyder att uppfattningen påverkar vår reaktionstid.

Så det är inte ett snyggt ämne, och utöver allt detta måste vi också överväga om våra bildskärmar faktiskt kan ge bilder på dessa höga ramar.Många går inte över 60 Hz, och Busey ifrågasätter om bildskärmar som annonseras vid 120 Hz verkligen visar så snabbt (enligt vissa allvarligt fördjupade tester på TFTCentral gör de verkligen). Och som någon som också har haft spel med 30 bildrutor per sekund (och ofta ganska mindre) som mina konsoler ger, kan jag relatera till dem som antyder att andra aspekter av visuella skärmar kan kopplas bättre till min visuella uppfattning.

Å andra sidan skulle jag gärna höra från proffslag om deras objektiva erfarenheter med framerate och hur det påverkar spelarens prestanda. Kanske kommer de att bekräfta eller motsäga vetenskapens nuvarande tänkande inom detta område. Om spelare är så speciella när det gäller vision, borde vi kanske vara de som leder en ny förståelse för den.