FPS - Frames per Second - Кадры в секунду, действительно вы понимаете что это? Вы когда-нибудь задумывались, почему Ваш монитор обновляется с постоянной частотой 60Hz? Вас мучает вопрос о том, как эта частота связана с играми, производительностью и количеством кадров в секунду? Знаете ли Вы для чего существует такая знаменитая и обсуждаемая опция V-Sync? Вы слышали о новой технологии G-Sync от Nvidia, но не знаете для чего она нужна и какую проблему решает? Здесь вы сможете, один раз и навсегда, ликвидировать безграмотность по любым из этих вопросов. В этой части речь пойдет о Frame Rate, или кадровую частоту.
Кадра в секунду
Для начала следует понять природу движущихся изображений в целом.
Человек способен различать максимально 24 кадра в одну секунду - широко распространена заблуждение , Которая получила популярность благодаря поддельным исследованием Джеймса Вайкери в 1950-х годах для рекламы его метода "25-кадра", который, якобы, влиял на подсознание зрителя путем вставки якобы скрытого и дополнительного кадра. Сам автор позже признался в подделке результатов исследований и ложности его метода.
На самом деле, глаз не воспринимает изображение в кадрах в секунду, поэтому невозможно достоверно установить максимально-доступное количество кадров для человека.
К возникновению фильмов со звуком кинотеатры транслировали картины с различным количеством кадров - от 16 до 26. Кроме того, их количество могло меняться прямо во время трансляции одного фильма. Когда звук стал частью движущихся картин, такая флюкцюация был не больше возможной, так как человеческое ухо более чувствительным к изменению частоты звука. 24 кадра в секунду был избран для фильмов со звуком и стало своеобразным де-факто стандартом.
О любой видеокамеру следует думать, как о фотоаппарате, который сохраняет простые фотографии много раз за одну секунду. Чем больше изображений за одну секунду сохраняет видеокамера, тем детальнее был задокументирован движение, попавший в объектив. Для отображения этого движения позже нужно только быстро отобразить все кадры в нужной последовательности. Следует заметить, что количество кадров при съемке и их количество при отображении могут отличаться. Также, с помощью вариативного отображения видео с разной количеством кадров в секунду можно достигать таких эффектов, как Timelaps, или замедленное видео.
Разница между 60 и 24 FPS за одну секунду
Вообще, человеческий глаз вместе с мозгом могут обрабатывать только от 10 до 12 отдельных изображений в секунду, воспринимая их индивидуально - то есть, замечая, что вам показывают именно фотографии, а не "видео". Но суть заключается в том, что для восприятия движущейся картинки человек наоборот имеет не различать отдельные кадры - считается, что для иллюзии безпереривний движения нужно минимум 16 кадров в секунду (с такой скоростью был знать первый фильм братьев Люмьер), хотя это не является научным значением, это количество может отличаться от обстоятельств к обстоятельствам.
Такая иллюзия возможна благодаря персистенции - это способность глаза запоминать изображения на крошечный момент времени после его исчезновения (после закрытия глаз это тоже работает, хотя человек этого не замечает сознательно). Например, если крутить подожжен факел, то человеческий глаз будет воспринимать огненный круг вместо отдельно подожженного факела в каждый момент времени. По сути, весь кинематограф и визуальный медиа пространство существует благодаря этому биологическому фактору.
Теперь перейдем к компьютерной и дисплейной стороны вопроса.
Компьютерное изображение образуется с помощью многих частиц "пикселей", количество которых зависит от текущей разрешения дисплея. Когда человек смотрит на эти частицы с достаточного расстояния, мозг собирает их вместе и воспринимает как одну целую картинку - эта картинка и является одним кадром. Любая игра, по сути, превращает ваш компьютер в фабрику таких кадров. И компьютер в целом является, с одной стороны, фабрикой таких кадров. Графическая карта (видеокарта) каждую секунду производит новые их экземпляры на основе всех внутренних вычислений.
Теперь, много игр, встраивают такую функцию, как Motion Blur, то есть, розмисть движущихся объектов. Да, это позволяет в некоторой степени уменьшить заметность тормозов, а кроме того, создает дополнительный эффект плавности, даже если количество кадров в секунду уже высока. Но даже с использованием такой техники игровые движущиеся объекты остаются гораздо более четкими чем их аналоги из фильмов или видео. Хотя, такой эффект становится все лучше и лучше.
Вторая из причин необходимости большего количества кадров по сравнению с фильмами являются интерактивность игр. Например, в шутерах, игрок может быстро менять ракурс камеры, а для быстрых движений требуется большее количество кадров в секунду, чтобы отразить их как следует.
Почему? Приведу такой пример - автомобиль мчится мимо камеры со скоростью 100 км /ч, камера снимает фрагмент дороги длиной 100 метров. Итак, машина преодолеет этот фрагмент дороги за ~ 3.7 секунды. Если камера снимает со скоростью 10fps - она зафиксирует почти 40 положений автомобиля, если 30fps - почти 120 положений автомобиля. Конечно, чем больше положений автомобиля будет зафиксировано - тем более плавным будет движение в результате. Чем быстрее будет двигаться автомобиль тем быстрее должен снимать видеокамера, чтобы зафиксировать те же 120 положений. Так же и в играх - если игрок очень быстро вернет камеру обзора, чем больше видеокарта будет производить кадров в секунду в тот момент, тем более плавным будет движение в результате.
Кроме того, быстрые игры означает, что соседние кадры будут относительно сильно отличаться друг от друга, а потому здесь требуется большее минимальное количество кадров для обеспечения ощущения плавности.
Последнее отличие между фильмами и играми, о которой хочется вспомнить есть, так называемый, Input Lag , Т.е. запоздавшая реакция на устройства ввода. В основном, чем больше кадров в секунду вы получаете в отдельный момент, тем быстрее вы увидите результат своих действий на экране. Поэтому малое количество кадров является, также, критической в этом плане - игрок сразу почувствует опоздания (замедленного реакцию) на его движения мышкой и т.п А "недостаточной" количеством может оказаться уже 30FPS.
Итак, целью этой дискуссии можно считать ликвидацию мифов о необходимом количестве кадров в секунду в играх. Если в фильмах 24 или 30 кадров в секунду оказывается цильком достаточно то в играх совсем нет. Каждый, более-менее, опытный геймер знает, что 70 кадров в секунду серьезно отличается от, например, 48. Игра в таком случае ощущается совсем по другому - гораздо более плавной, приятной.
Важно понимание того, что человеческие глаза не видят в кадрах в секунду - для человека не существует минимальной или максимальной количества кадров, все зависит от многих физических факторов - даже психологический и психическое состояние человека в момент игры или просмотра фильма. Хотя, для обеспечения иллюзии непрерывного движения, как упоминалось, нужно минимально ~ 16 кадров в секунду. Здесь становится понятным ответ на вопрос: "Способен ли человек увидеть разницу между 30 и 60 FPS?" - Да.
Но не все так просто - кроме сырой кадровой частоты, на плавность движения и отзыв устройств ввода влияют и другие факторы. Об одном из них вы прочтете в следующей части о частоте развертки монитора. Если Вы думаете, что сможете увидеть разницу между 70 и 48 FPS на обычном мониторе, что 57 и 60 FPS не сильно отличаются - Вам будет интересно почитать следующий раздел, когда он появится
Кадра в секунду
Для начала следует понять природу движущихся изображений в целом.
Человек способен различать максимально 24 кадра в одну секунду - широко распространена заблуждение , Которая получила популярность благодаря поддельным исследованием Джеймса Вайкери в 1950-х годах для рекламы его метода "25-кадра", который, якобы, влиял на подсознание зрителя путем вставки якобы скрытого и дополнительного кадра. Сам автор позже признался в подделке результатов исследований и ложности его метода.
На самом деле, глаз не воспринимает изображение в кадрах в секунду, поэтому невозможно достоверно установить максимально-доступное количество кадров для человека.
К возникновению фильмов со звуком кинотеатры транслировали картины с различным количеством кадров - от 16 до 26. Кроме того, их количество могло меняться прямо во время трансляции одного фильма. Когда звук стал частью движущихся картин, такая флюкцюация был не больше возможной, так как человеческое ухо более чувствительным к изменению частоты звука. 24 кадра в секунду был избран для фильмов со звуком и стало своеобразным де-факто стандартом.
О любой видеокамеру следует думать, как о фотоаппарате, который сохраняет простые фотографии много раз за одну секунду. Чем больше изображений за одну секунду сохраняет видеокамера, тем детальнее был задокументирован движение, попавший в объектив. Для отображения этого движения позже нужно только быстро отобразить все кадры в нужной последовательности. Следует заметить, что количество кадров при съемке и их количество при отображении могут отличаться. Также, с помощью вариативного отображения видео с разной количеством кадров в секунду можно достигать таких эффектов, как Timelaps, или замедленное видео.
Разница между 60 и 24 FPS за одну секунду
Вообще, человеческий глаз вместе с мозгом могут обрабатывать только от 10 до 12 отдельных изображений в секунду, воспринимая их индивидуально - то есть, замечая, что вам показывают именно фотографии, а не "видео". Но суть заключается в том, что для восприятия движущейся картинки человек наоборот имеет не различать отдельные кадры - считается, что для иллюзии безпереривний движения нужно минимум 16 кадров в секунду (с такой скоростью был знать первый фильм братьев Люмьер), хотя это не является научным значением, это количество может отличаться от обстоятельств к обстоятельствам.
Такая иллюзия возможна благодаря персистенции - это способность глаза запоминать изображения на крошечный момент времени после его исчезновения (после закрытия глаз это тоже работает, хотя человек этого не замечает сознательно). Например, если крутить подожжен факел, то человеческий глаз будет воспринимать огненный круг вместо отдельно подожженного факела в каждый момент времени. По сути, весь кинематограф и визуальный медиа пространство существует благодаря этому биологическому фактору.
Теперь перейдем к компьютерной и дисплейной стороны вопроса.
Компьютерное изображение образуется с помощью многих частиц "пикселей", количество которых зависит от текущей разрешения дисплея. Когда человек смотрит на эти частицы с достаточного расстояния, мозг собирает их вместе и воспринимает как одну целую картинку - эта картинка и является одним кадром. Любая игра, по сути, превращает ваш компьютер в фабрику таких кадров. И компьютер в целом является, с одной стороны, фабрикой таких кадров. Графическая карта (видеокарта) каждую секунду производит новые их экземпляры на основе всех внутренних вычислений.
Теперь, много игр, встраивают такую функцию, как Motion Blur, то есть, розмисть движущихся объектов. Да, это позволяет в некоторой степени уменьшить заметность тормозов, а кроме того, создает дополнительный эффект плавности, даже если количество кадров в секунду уже высока. Но даже с использованием такой техники игровые движущиеся объекты остаются гораздо более четкими чем их аналоги из фильмов или видео. Хотя, такой эффект становится все лучше и лучше.
Вторая из причин необходимости большего количества кадров по сравнению с фильмами являются интерактивность игр. Например, в шутерах, игрок может быстро менять ракурс камеры, а для быстрых движений требуется большее количество кадров в секунду, чтобы отразить их как следует.
Почему? Приведу такой пример - автомобиль мчится мимо камеры со скоростью 100 км /ч, камера снимает фрагмент дороги длиной 100 метров. Итак, машина преодолеет этот фрагмент дороги за ~ 3.7 секунды. Если камера снимает со скоростью 10fps - она зафиксирует почти 40 положений автомобиля, если 30fps - почти 120 положений автомобиля. Конечно, чем больше положений автомобиля будет зафиксировано - тем более плавным будет движение в результате. Чем быстрее будет двигаться автомобиль тем быстрее должен снимать видеокамера, чтобы зафиксировать те же 120 положений. Так же и в играх - если игрок очень быстро вернет камеру обзора, чем больше видеокарта будет производить кадров в секунду в тот момент, тем более плавным будет движение в результате.
Кроме того, быстрые игры означает, что соседние кадры будут относительно сильно отличаться друг от друга, а потому здесь требуется большее минимальное количество кадров для обеспечения ощущения плавности.
Последнее отличие между фильмами и играми, о которой хочется вспомнить есть, так называемый, Input Lag , Т.е. запоздавшая реакция на устройства ввода. В основном, чем больше кадров в секунду вы получаете в отдельный момент, тем быстрее вы увидите результат своих действий на экране. Поэтому малое количество кадров является, также, критической в этом плане - игрок сразу почувствует опоздания (замедленного реакцию) на его движения мышкой и т.п А "недостаточной" количеством может оказаться уже 30FPS.
Итак, целью этой дискуссии можно считать ликвидацию мифов о необходимом количестве кадров в секунду в играх. Если в фильмах 24 или 30 кадров в секунду оказывается цильком достаточно то в играх совсем нет. Каждый, более-менее, опытный геймер знает, что 70 кадров в секунду серьезно отличается от, например, 48. Игра в таком случае ощущается совсем по другому - гораздо более плавной, приятной.
Важно понимание того, что человеческие глаза не видят в кадрах в секунду - для человека не существует минимальной или максимальной количества кадров, все зависит от многих физических факторов - даже психологический и психическое состояние человека в момент игры или просмотра фильма. Хотя, для обеспечения иллюзии непрерывного движения, как упоминалось, нужно минимально ~ 16 кадров в секунду. Здесь становится понятным ответ на вопрос: "Способен ли человек увидеть разницу между 30 и 60 FPS?" - Да.
Но не все так просто - кроме сырой кадровой частоты, на плавность движения и отзыв устройств ввода влияют и другие факторы. Об одном из них вы прочтете в следующей части о частоте развертки монитора. Если Вы думаете, что сможете увидеть разницу между 70 и 48 FPS на обычном мониторе, что 57 и 60 FPS не сильно отличаются - Вам будет интересно почитать следующий раздел, когда он появится
↓ Эти девочки ужасно хотят, чтобы ты жёстко лайкнул и пару раз твитнул, а возможно даже откоментил! ↓
