Что представляет собой человеческий глаз? Как мы видим? Каким образом мы воспринимаем изображение окружающего нас мира? Думается, что не все хорошо помнят школьные уроки анатомии, поэтому вспомним немного о том, как устроены человеческие органы зрения.
Итак, сколько кадров в секунду видит человеческий глаз?
Строение
Человеческий глаз воспринимает визуальную информацию с помощью колбочек и палочек, из которых состоит сетчатка. Эти колбочки и палочки по-разному воспринимают видеоряд, но имеют способность к совмещению разрозненной информации в единую картинку. Палочки не улавливают цветовых отличий, но способны уловить смену изображений. Колбочки же, наоборот, прекрасно различают цвета. В целом сочетание колбочек и палочек представляет собой фоторецепторы человеческого глаза, отвечающие за то, чтобы просматриваемое изображение выглядело целостно.
Сколько кадров в секунду видит человек? Это частый вопрос. На сетчатке глаз фоторецепторы располагаются относительно неравномерно, в центре их примерно одинаковое количество, а вот ближе к краю сетчатки палочки составляют большинство. Именно такое имеет очень логичное объяснение с точки зрения природы. В те времена, когда человек охотился на мамонта, его боковое зрение должно было быть приспособлено для улавливания малейшего движения с правой или левой стороны. Иначе, пропустив все на свете, он рисковал остаться голодным, а то и мертвым, поэтому такое строение глаза является самым естественным. Таким образом, устройство человеческого глаза таково, что он видит не отдельные кадры, как в раскадровке для мультфильма, а совокупность картинок в целом.
Сколько кадров в секунду видит глаз человека?
Если вы покажете человеку один кадр в секунду на протяжении длительного периода времени, со временем он станет воспринимать не изображения по отдельности, а картину движения в общем. Однако демонстрация видеоизображения в таком ритме дискомфортна для человека. Еще во времена немого кино частота кадров доходила до 16 в секунду. При сравнении кадров немого кино и современных фильмов остается ощущение, что в начале 20-го века снимали в замедленном темпе. При просмотре так и хочется немного поторопить экранных героев. В настоящее время стандарт для съемки - 24 кадра в та частота, которая комфортна для человеческих органов зрения. Но предел ли это, что там за границами этого диапазона?
Сколько кадров в секунду видит человек, теперь вам известно.
Если увеличить частоту кадров, что будет?
Такой термин, как частота кадров (fps), впервые применил фотограф Эдвард Майбридж. И с тех пор кинематографисты без устали экспериментируют с этим показателем. С точки зрения целесообразности может показаться, что изменять количество кадров в секунду неразумно, ведь другое количество не увидит человеческий глаз.
Сколько fps воспринимает глаз? Мы знаем, что 24. Есть ли смысл что-то менять? Оказывается, что все эти усилия оправдываются. Современные геймеры, да и просто люди, являющиеся пользователями компьютеров, могут с уверенностью сказать об этом.
Научное обоснование
Ученые доказали, что при 24-кратной частоте кадров человек воспринимает не только общую картинку на мониторе, но на подсознательном уровне отдельные кадры. Для разработчиков игр эта информация стала стимулом к проведению дальнейших исследований возможностей органов зрения человека. Поразительно, но глаз человека может воспринимать видеоряд со скоростью 60 кадров в секунду и более. Способность к восприятию большего количества изображений увеличивается, когда вы концентрируетесь на чем-либо. В этом случае человек способен воспринимать до ста кадров в секунду, не теряя семантической нити видеоизображения. А в случае, когда внимание рассеивается, скорость восприятия может упасть до 10 кадров в секунду.
Отвечая на вопрос о том, сколько fps видит человеческий глаз, можно смело назвать цифру 100.
Как проводят исследования?
Эксперименты в области выявления возможностей органов зрения человека проводятся постоянно, и ученые не собираются останавливаться на достигнутом. Например, проводят такое тестирование: контрольная группа людей просматривает предложенные видеозаписи с различной частотой кадров. В определенные фрагменты в разных промежутках времени вставлены кадры с каким-либо дефектом. Они изображают какой-то лишний, не вписывающийся в общую канву предмет. Это может быть быстро движущийся летящий объект. Во всех группах более 50% испытуемых замечают летящий объект. Это обстоятельство не вызывало бы такого удивления, если бы не знать, что это видео демонстрировали с частотой 220 кадров в секунду. Конечно, рассмотреть подробно изображение никто не смог, но даже тот факт, что люди просто смогли заметить мелькание на экране при такой кадровой частоте, говорит сам за себя.
Сколько кадров в секунду видит человек, интересно многим. Более любопытные подробности рассмотрим далее.
Неожиданные факты
Не все знают о таком интересном факте: эксперименты с показом видеоизображения с разной частотой начались более ста лет назад в эпоху немого кино. Для демонстрации первых фильмов кинопроекторы снабжались ручным регулятором скорости. То есть фильм показывали с той скоростью, с которой крутил ручку механик, а он, в свою очередь, ориентировался на реакцию зала. Изначальная скорость показа немого фильма составляла 16 кадров в секунду.
Но при просмотре комедии, когда публика проявляла высокую активность, до 30 кадров в секунду. Но такая возможность самовольно регулировать скорость показа могла иметь и отрицательные последствия. Когда владелец кинотеатра хотел заработать больше, он, соответственно, сокращал время показа одного сеанса, но увеличивал количество самих сеансов. Это приводило к тому, что кинопродукция не воспринималась человеческим глазом, а зритель оставался недовольным. В результате во многих странах на законодательном уровне запретили демонстрацию фильмов с ускоренной частотой и определили норму, в соответствии с которой работали киномеханики. Вообще, для чего изучаются fps и человеческий глаз? Поговорим об этом.
Для чего это нужно?
Практическая польза от этих исследований в следующем: увеличение скорости мелькания кадров на экране как бы сглаживает изображение, создавая эффект непрерывного движения. Для просмотра стандартного видео самым оптимальным считается скорость 24 кадра в секунду, именно так мы смотрим кинофильмы в кинотеатрах. А вот новый широкоэкранный формат IMAX использует кадровую частоту равную 48 кадрам в секунду. Это создает эффект погружения в виртуальную реальность с максимальным приближением к реальности. Это ощущение может быть еще больше усилено применением 3D-технологий. При создании компьютерных игр разработчики используют цикл из 50 кадров в секунду. Это делается для достижения максимальной реалистичности игровой реальности. Но здесь имеет свое значение и скорость интернета, поэтому частота кадров может меняться в меньшую или большую сторону.
Мы рассмотрели, сколько кадров в секунду видит человек.
Среди многих игроков бытует мнение, что чем больше FPS (frames per seconds или - кадров в секунду), тем лучше. Когда-то шли споры про введение 60 FPS, сейчас же прогресс пошел вперед и современные игровые машины могут выдавать и все 120, а то и 400. Но на самом ли деле мы видим все 120 FPS?
Ответ на этот вопрос довольно противоречив. Некоторые считают, что 60 FPS достаточно, другие говорят, что разница между 120 и 60 очевидна. Любители Counter-Strike воротят нос, если компьютер выдаёт менее 300 FPS. На самом ли деле это так?
Важным фактором в подаче изображения, естественно, является монитор. Мощности видеокарты может хватать и на 120 FPS, и на 240, и даже на 400 FPS. Но способен ли на это ваш монитор?
Количество кадров в секунду выдает именно видеокарта - она источник изображения. Количество кадров, которое выдает видеокарта, может не совпадать с частотой обновления кадров на мониторе. Большинство мониторов поддерживают частоту только 60 Гц.
Таким образом, если видеокарта позволяет выдавать 120 FPS, а частота вашего монитора 60 Гц, то эти 60 кадров становятся избыточными, и разницы вы не увидите. Также это может привести к поломке монитора.
Проверим это на примере.
На сайте frames-per-second.appspot.com есть возможность протестировать изображение с различным FPS.
Нам даны два мяча, которые постоянно прыгают. На каждую анимацию можно установить определенный FPS.
Поставим на первый мяч 120, а на второй 60 FPS соотвественно. Если максимальная частота обновления кадров вашего монитора 60 Гц, то вы не увидите разницы.
Попробуйте проверить это сами.
Предварительно стоит убедиться, какую же все таки частоту поддерживает ваш монитор. Для этого в Windows 7 щелкните правой кнопкой мыши на рабочем столе и нажмите кнопку "Разрешение экрана". Далее - кнопку "Дополнительные парамеры", и там щёлкайте по вкладке "Монитор".
Если вы счастливый обладатель монитора на 120 Гц и мощного железа, то могу вас поздравить. Ведь 120 и 60 FPS действительно отличаются при наличии монитора 120 Гц.
Согласитесь, лучше, когда отклик на действие происходит 120 раз в секунду, а не 60. Высокий FPS позволит быстрее реагировать на происходящее в игре и сделать игровой процесс более комфортным.
В прошлом году портал hardware.info проводил интересный эксперимент, цель которого - доказать, что разницу между 60 и 120 FPS видно невооруженным глазом. Для этого пригласили 50 человек, которые играли в Call of Duty на ПК с мощным железом. Было проведено так называемое слепое тестирование - для каждой игровой сессии выставлялась определённая частота обновления экрана монитора - 60 или же 120 Гц, и игрок должен был отличить одну от другой.
Итог таков - 86% игроков справились с этой задачей , а те, кто видел разницу при каждом переключении частоты обновления экрана, получили в подарок монитор.
Для обладателей мониторов с частотой 60 Гц и мощной видеокартой могу посоветовать ставить ограничение на 60 FPS в играх .
Итог: разница между 60 и 120 FPS есть, но ее можно увидеть только на мониторе 120 Гц.
Любителям же Counter-Strike, которые любят добиваться скорости обновления кадров 300 и 400 в секунду, можно только порекомендовать вновь сесть за учебники физики. Тренируйте реакцию и не списывайте неудачи на оборудование!
Если сравнить два процессора i3 7300 и i5 7400, то разница показателя FPS будет отличаться незначительно, а иногда i3 отличается большим фреймрейтом чем i5. Тем не менее на практике по ощущениям, разница крайне значительная в пользу i5. Другими словами счетчик FPS не показатель плавности в играх. Это проблема, т.к. все мы привыкли судить именно по FPS.
FPS (Frames Per Second) — это число кадров полностью отрисованных за 1 секунду. FPS = кадры в секунду. Предположим что кадров было нарисовано 50. По простой формуле можно посчитать что каждый кадр рисовался 20 мс (1сек/50кадров). Это значение проще называть время кадра , т.е. время в течении которого показывается кадр. Проблема в том, что например если в течении секунды, 5 кадров будут показаны за 100 мс, а остальные 45 кадров со временем 11,1 мс, то в течении секунды будет показаны всё те же 50 кадров. Счетчик кадров покажет 50 FPS.
Естественно 50 кадров которые выводятся равномерно и 50 кадров с периодическими долгими кадрами, ощущаются кардинальным образом поразомну. По счетчику FPS этого совершенно не видно.
Что бы стабильно по 5 раз в секунду были просадки по времени кадра обычно не бывает. Но когда процессор работает на 100%, то любые сторонние задачи (антивирус, открытый браузер и т.д.) могут вызвать затыки в работе. Например общий фреймрейт составляет 50 кадров, но раз в несколько секунд происходят затыки на 100 мс. Что отжирает всего навсего 4 кадра в секунду по счетчику, но делает игру полностью не играбельной и лучше иметь хорошие 25 кадров, чем те 46 с микрофризами. В таких условиях будет очень хорошо видно как игра фризится и становится очень не комфортной.
В реальности это может выглядеть следующим образом. Например у вас 50 FPS, но половина кадров может быть ближе к 30 мс, а вторая половина ближе к 10 мс. В среднем получается 20 мс и 50 FPS, а ощущается это все не на 50 FPS. Больше всего это касается двухядерных процессоров.
Что бы словами описать работу процессора обеспечивающего комфортный уровень плавности, следует в меньшей степени уделять внимание цифрам, а в большей степени таким критериям как плавность, равномерность времени кадра, наличие микрофризов и общая комфортность.
Frame Time (время кадра) лучше отражает плавность в играх, чем FPS. На практике это можно увидеть в программе . Ниже приведены три графика среднего времени кадра и FPS. Верхний, это Pentiuum G4560, средний i5 7400 и нижний i7 7700 с частотой 4,9 ГГц. На графиках показан один и тот же отрезок игры Watch Dogs 2 , это съезд по центральной дороге в городе — это самое требовательное к процессору место, которое удалось найти.
Когда график времени кадра резко ползет вверх — это уменьшение плавности игры. Когда ползет вниз — это увеличение плавности.
Когда процессора не хватает игре и игре надо например подгрузить следующие кварталы в городе, то на недостаточных процессорах начинаются просадки. Это видно на графиках — i5 и i7 хватает игре, время кадра плавно падает и плавно растет в зависимости от происходящего. На четырех поточном Pentium ситуация совсем иная — постоянно что-то куда-то прыгает, тем самым заставляя обращать на это внимание. То есть проблема не в том что низкий фреймрейт (FPS), а проблема в том, что он постоянно меняется. Такое поведение в играх называется неравномерность фреймрейта.
Второй эффект, который не отражают циферки FPS — это распределение времени кадра в секунду. Назовем это неравномерность времени кадра. То есть время кадра постоянно скачет и при достижении определенных амплитуд проявляется в виде микрофризов. Такое явление встречается на всех трех процессорах, но на i5 и i7 значительно реже чем на Pentium.
Выводы
FPS не показатель плавности в играх и что бы лучше понимать насколько плавной и комфортной будет игра на том или ином процессоре, нужно меньше смотреть в сторону FPS и больше в сторону распределения времени кадра в секунде. Так как на практике может быть так, что за одни и те же деньги один процессор покажет по счетчику FPS меньше кадров чем другой процессор, но распределение времени кадра будет равномерным в отличии от второго процессора, то не смотря на более низкий FPS, первый процессор для игр будет более комфортным.
В фильме «Хоббит: Нежданное путешествие» Питер Джексон впервые использовал технологию HFR (High Frame Rate). Благодаря новому формату исчезли привычные зрителю размытие при движении, мерцание и затемнение по краям экрана, появились кристальная чёткость и плавность воспроизведения. Режиссёр Джеймс Кэмерон использует HFR в новом фильме «Аватар 2».
3D-кино стало окном в реальность, а HFR избавляет от стекла в нём.
Джеймс Кэмерон
Достоинства HFR для многих людей остаются под вопросом, но испытать технологию на себе должен каждый киноман.
Как добавить HFR-эффект в любое видео
Программа SmoothVideo Project доступна для Windows, Linux и macOS.
Windows
Версия имеет платный и бесплатный варианты распространения. При этом вы можете и не покупать полную версию - вам будут доступны основные функции, без рекламы и ограниченного срока использования. Бесплатная версия SmoothVideo Project для Windows поддерживает проигрыватели Media Player Classic, Windows Media Player, Stereoscopic Player, Daum PotPlayer и прочие плееры .
Linux
Для Linux есть только бесплатная версия без ограничений в использовании, которая поддерживает проигрыватели mvp, SMplayer, Plex Media Player и VLC. Инструкция по установке
MacOS
Версия распространяется на платной основе и поддерживает проигрыватели mpv, Plex Media Player и VLC. Инструкция по установке доступна на английском языке.
SmoothVideo Project Pro предлагает:
- Тонкую настройку дополнительных параметров.
- Дополнительный модуль SVPtube, который позволяет смотреть ролики с YouTube с включёнными функциями SVP.
- Дополнительный модуль SVPlight, с помощью которого можно настроить светодиодную подсветку по технологии Ambilight, чтобы расширить световую зону действия монитора или телевизора.
Настройки SmoothVideo Project
В ознакомительных целях проще установить программу в режиме по умолчанию. Инсталлятор поставит преднастроенный Media Player Classic, необходимые драйверы и программное обеспечение. Если вас устраивает этот плеер, то вам не нужно будет что-либо менять.
SmoothVideo Project - ресурсоёмкая программа. Она нагружает видеокарту компьютера и использует процессорные мощности. При первом запуске программа проведёт тест производительности системы, после чего автоматически установит нужные параметры для просмотра видео. Чтобы улучшить показатели теста, вы можете отключить все программы, которые не работают в постоянном режиме.
Бесплатная версия SmoothVideo Project имеет функциональный минималистичный интерфейс.
- Ползунком указывается желаемое соотношение между качеством и скоростью воспроизведения.
- Есть быстрое переключение оптимизации для фильмов и анимации.
- Можно установить уровень подавления артефактов. Эта функция нужна, если видео при воспроизведении расплывается.
Чаще всего появление артефактов означает, что ваша система не справляется с потоком данных. В этом случае проверьте свою систему на совместимость с программой или измените настройки.
В полной версии программы предоставляется большая свобода действий: можно выставлять желаемую частоту кадров в видео, выбирать шейдеры.
Во всех версиях SmoothVideo Project присутствует отключаемая функция подсветки полей, которая убирает чёрные полосы при просмотре видео в формате, который не подходит вашему телевизору.
Кинопоказ с высокой частотой 48, 60 кадров в секунду
Почему 24 кадра в секунду устарели? История
По сути, скорость съемки и демонстрации 24 кадра в секунду берет свою историю с первой половины 20 века. Именно в момент перехода от формата немого кино на звуковое возникла такая потребность. Немое кино снималось с частотой 16 кадров в секунду. Прибавку 8 кадров в секунду зритель получил не от доброты производителей кинооборудования, это связанно чисто с техническими проблемами. Просто при частоте съемки 16 кадров в секунду невозможно было записать звуковую дорожку приемлемого качества. И 16 и 24 кадра в секунду не обеспечивают необходимую плавность движения. Почему же производители с самого начала не предложили более высокую скорость съемки и демонстрации кинофильмов? Здесь загадок нет просто пленка дорого стоит, а на заре кинематографа это была чуть ли не основная статья расходов. Фильмокопия современной киноленты требовала бы 10000-13000 метров кинопленки (вместо 5000). По этим причинам уже почти век мы смотрим кино в формате 24 кадра в секунду. Т.е. 24 кадра в секунду это компромисс между плавностью картинки и расходом плёнки.
Необходимость перехода на 48, 60 кадров в секунду
Не для кого не является секретом тот факт, что при просмотре динамичной сцены на большом экране зритель может наблюдать эффект стробирования изображения, объекты на киноэкране двигаются рывками. Этот эффект связан низкой частотой смены кадров в современном кинематографе, всего 24 кадра в секунду. Эффект очень заметен как в 3D так и в 2D картинах. Простым доказательством того, что наш мозг воспринимает информацию гораздо быстрее служит демонстрация 3D контента в режиме триплфлэш (каждый кадр демонстрируется поочередно три раза для левого и правого глаза). Это является стандартом для современных кинотеатров и по сути проверено на миллионах зрителей. Опытным путем было доказано, что именно демонстрация 3D 24 кадра в секунду с разбивкой 2х72 Гц позволяет практически полностью уменьшить утомляемость для подавляющего числа зрителей. К сожалению, данный режим снимает только утомляемость от переключения между изображениями для левого и правого глаза, но не делает движения плавными.
Скрытые причины для перехода на 48, 60 кадров в секунду
Естественно эффект стробирования проявлялся бы в полной мере если бы о нем не знали кинопроизводители. Просто при кинопроизводстве избегаются нежелательные режимы (или минимизируются) съемки в которых данный эффект проявляется особенно заметно. Здесь не факультет кинооператоров и мы не будем углубляться в данную тему. Просто нужно принять как факт 24 кадра в секунду не позволяют нам насладится плавностью и четкостью движений в динамичной сцене, а кинопроизводителю реализовать свои замыслы в полной мере.
Наглядный пример.
Современное оборудование для демонстрации с частотой 48, 60 fps
Итак, основная причина использования частоты 24 кадра в секунду это кинопленка. В мире цифрового кинематографа таких ограничений практически нет. Уже сегодня ведущие мировые производители кинооборудования, как для кинопроизводства, так и для кинопроката, в состоянии обеспечить качественный кинопоказ с частотой 60 кадров в секунду для 2D и 3D контента. Все цифровые кинопроекторы Barco второй серии позволяют произвести их апгрейд для демонстрации с высокой частотой смены кадров. Также современные серверы GDC и DoReMi обеспечивают такую возможность. Фактически, для массового перехода на демонстрацию с высокой частотой смены кадров нужна сильная рука и похоже такая рука уже нашлась.
Именно Джеймс Кэмерон является движущей силой в технологическом продвижении кинематографа,именно после его показа фильма Аватар в 3D формате началась эра показа фильмов в 3D,его можно сравнить с ледоколом за которым все идут,и он не боится ставить эксперементы.Его фильм Аватар стал самым кассовым за всю историю кинематографа.
Аватар 2 в формате 3D 60 кадров в секунду
В своем интервью Wall St. Journal Джеймс Кэмерон заявил: "Я буду добиваться, чтобы в кинопроекции произошли радикальные изменения. Прежде всего, мы будем снимать свой фильм с частотой 48, а может и 60 кадров в секунду. Это позволит наконец избавиться от раздражающих глаз артефактов, которые и вызывают болезненные ощущения у многих зрителей. Это все из-за пресловутых 24 кадров в секунду, 3D к этому не имеет никакого отношения". В настоящее время команда Кэмерона активно продвигает идею перехода на демонстрацию с высокой частотой кадров. По всему миру проводятся презентации новой технологии. Для этого в студийных условиях были сняты ролики с частотой 24, 48, 60 и 120 кадров в секунду. В съемках принимали участие профессиональные актеры. Все делалось как на съемках настоящего кинофильма. Данные демонстрационные материалы наглядно демонстрируют преимущества и недостатки той или иной технологии. Учитывая всю серьезность данной компании можно с уверенностью прогнозировать, что Аватар 2 выйдет в 2014 году именно в формате 60 кадров в секунду.
Пример:фрагмент фильма Аватар 48,60 FPS
Уже состоялся показ фильма Hobbit
с частотаой кадров 48 fps
,некоторыми он был воспринят не однозначно,оно и понятно,ведь все привыкли к определённым стандартам и новое всегда кажется необычным и непривычным,однако большая чатота кадров позволяет увеличить плавность и чёткость картинки особенно в динамических сценах ещё и в 3D
,просто потрясающе смотрятся фильмы о природе и спортивные передачи где важна каждая деталь.
Если показ Аватра 2
с большей чаcтотой кадров будет принят также хорошо как показ первого Аватра
в 3D
то возможно кинемотограф сделает качественный скачёк в технологиях.
