FPS vs человеческий глаз: сколько fps воспринимает глаз?

Опубликовано: 6 Январь 2014 в рубрике Для геймеров   Tags: ,

FPS и человеческий глаз: сколько fps воспринимает глаз?

На эту тему сломано множество копий на просторах интернета. Главным образом по тому, что людям хочется знать предел FPS, который имеет смысл устанавливать в играх, т.к. это дает возможность оценивать практическую целесообразность покупки более мощных видеокарт.

Попытаемся разобраться.

Инертность, как аналог FPS для человеческого глаза

Аналогом FPS является инертность палочек и колбочек — фоторецепторы светочувствительных клеток сетчатки глаза.

Инертность  - это время необходимое рецептору для того, что бы воспринять новую информацию.

И тут начинаются первые проблемы.

  • во-первых палочки и колбочки по-разному воспринимают движение и цвет. Палочки в 100 раз менее чувствительны к цветам, но имеют значительно меньшую инертность. Т.е. их FPS больше. Но они практически не способны различать цвета;
  • во-вторых эти фоторецепторы размещаются на сетчатки НЕравномерно. Колбочки (которые имеют низкий FPS но хорошо распознают цвета ) расположены в центре в перемешку с колбочками. По бокам сетчатки находятся только палочки.

Идея матушки природы проста — по бокам расположено то, что максимально чувствительно к движению. Задача этих рецептором просто сигнализировать о том, что «что-то движется вон в тех кустах сбоку». Затем человек может повернуть голову и рассмотреть это «что-то» уже более чувствительными рецепторами — ба-а! да это же большая полосатая голодная тигра! =)

Очевидно, что человек, работающий на компьютере использует по большей части центр сетчатки.

По этому в данном случае целесообразно говорить исключительно о среднем FPS именно смеси палочек и колбочек.

Но как его посчитать?

На одном сайте мне удалось найти результаты исследований на эту тему.

Пруф: Способ определения времени инерционности зрительной системы человека

Минимальная инертность составила 20 мс.

Иначе говоря мы получаем FPS 50 кадров в секунду.

Означает ли это, что FPS выше этого значения никак не будет ощущаться глазом?

FPS глаза и ощущение реалистичности

Зрительная система человека не ограничивается глазом. Глаз это лишь «сенсор», информация из которого воспринимается не напрямую, а проходит сложный и до конца не изученный процесс постобработки. Этим объясняется существование оптических иллюзий.

Для примера взгляните на эту картинку.

FPS человеческого глаза эксперимент

 

 

Очевидно, что здесь всего 1 кадр, однако мозг воспринимает сигналы получаемые от палочек ( с переферии зрения) и тарктует их как признаки движения, это позволяте ему самому «дорисовывать» кадры и делать плавное движение всего из 1 кадра.

Эффект размытия и FPS

Человеческий глаз способен воспринимать наибольшее FPS на переферии зрения. Современные мониторы еще не достигли таких размеров, что бы покрывать все поле зрения человека. И это накладывает определенные ограничения на степень реалистичности картинки.  Разработчики видеоигр понимают это и поэтому придумали добавлять по краям экрана эффект размытия, этот эффект позволяет мозгу воспринимать происходящее на экране более реалистично.  В то же время размытие снижает требование к FPS на краях экрана, т.к. мозг фиксирует УЖЕ ИСКУСТВЕННО размытое изображение. Соответственно для обеспечения нужного уровня реалистичности хватает меньшего FPS.

 

Выводы

Принимая во внимание чрезвучайную сложность постобработки синалов человеческим мозгом, указать точное значение фпс, воспринимаемое нами, с точностью до единицы попросту невозможно.

Можно оттолкнуться только от физического предела восприятия в 20 мс, что равнозначно 50 FPS.

В тоже время учитывать, что края монитора захватываются частью переферийного зрения, где чувствительность рецепторов выше, но как мы поняли в этой области изображения разработчики игр научились обманывать зрительную систему.

В итоге рациональным является остановиться на 60 FPS взяв 10 FPS прозапас для просмотра видеоряда в котором нет эффекта размытия по краям.

Правоту данного расчета подтверждают

  • стандарт операционной системы принятия частоты обновления монитора 50-60 ГЦ = 50-60 FPS.
  • передовая технология 3D-Vision, поддерживающая 120 Гц (т.е. по 60 Гц на глаз)

Несмотря на это повышенная частота способна действительно улучшить восприятие картинки. О том, почему так происходит и почему это никак не связано с FPS, который воспринимает человеческий глаз, вы можете прочитать в следующей статье.