Сколько кадров в секунду видит человеческий глаз? Что такое FPS?
Люди часто задаются вопросом: а сколько кадров в секунду способен различить человеческий глаз? Ответ на этот вопрос поможет определить, какой монитор или видеокарту выбрать для комфортного просмотра видео. Давайте разберемся в этом подробно.
Что такое FPS и зачем это нужно
FPS (frames per second) - это количество кадров, которое видеокарта или дисплей может отобразить за 1 секунду. Чем выше это число, тем плавнее и реалистичнее выглядит видео или игра.
Например, при 30 FPS на экране за секунду сменяется 30 кадров. А при 60 FPS - уже 60 кадров. Соответственно, изображение при 60 FPS будет выглядеть вдвое плавнее, чем при 30 FPS.
FPS напрямую влияет на плавность отображаемого видеоряда. Чем он выше, тем меньше "рывков" и "дерганий" будет в динамичных сценах.
Высокий FPS особенно важен в компьютерных играх и фильмах, где много быстрых движений камеры или объектов. Например, шутеры или гоночные симуляторы требуют FPS не ниже 60, чтобы геймплей был комфортным. А для кинематографических фильмов достаточно стандарта в 24 кадра в секунду.
Как устроен человеческий глаз
Чтобы понять, какое количество FPS способен различать человек, стоит разобраться, как устроен наш глаз.
В сетчатке глаза есть два типа фоторецепторов:
- Палочки - чувствительны к яркости, отвечают за черно-белое изображение.
- Колбочки - чувствительны к цвету, отвечают за цветное изображение.
Эти рецепторы преобразуют свет в нервные импульсы, которые затем поступают в мозг.
У палочек и колбочек есть важное свойство - инертность. Это время, которое требуется рецептору, чтобы воспринять изображение и отправить сигнал в мозг.
Чем ниже инертность, тем быстрее глаз успевает "переключаться" между кадрами и тем выше эффективный FPS.
Инертность палочек составляет около 20 мс, а колбочек - около 50 мс. То есть палочки реагируют примерно в 2 раза быстрее.
Также палочки и колбочки распределены по сетчатке неравномерно:
- В центре - примерно одинаково палочек и колбочек
- По краям - только палочки
При работе за компьютером или просмотре фильмов используется в основном центральная область сетчатки. Поэтому при подсчете FPS, воспринимаемого глазом, нужно ориентироваться на показатели смеси палочек и колбочек.
Сколько FPS видит человек
Как мы выяснили, для человеческого глаза понятие FPS можно заменить на инертность фоторецепторов сетчатки. Чем она ниже, тем эффективнее FPS.
Согласно исследованиям, минимальная инертность зрительной системы человека составляет около 20 мс. Это эквивалентно 50 кадрам в секунду.
| Инертность фоторецепторов | Эквивалент в FPS |
| 20 мс | 50 FPS |
Однако на практике человек может ощущать и более высокие значения FPS. Дело в том, что зрительная система включает в себя не только глаз, но и мозг, который тоже активно обрабатывает информацию.
Например, благодаря эффекту последовательных изображений мозг способен "дорисовывать" недостающие кадры при резких переходах и движениях.
Поэтому даже при FPS ниже порога физического восприятия, мозг компенсирует это ощущением плавности.
Оптимальный баланс цена/качество для комфортного просмотра видео составляет 60 FPS. А вот разницу выше 120 кадров в секунду человек уже физически не способен распознать.
60 или 120 Гц: какая разница?
Часто возникает вопрос - а есть ли разница между мониторами с частотой обновления 60 Гц и 120 Гц, если человек не способен заметить больше 60 FPS?
Дело в том, что Гц - это не то же самое, что FPS. Гц - это количество сигналов в секунду, поступающих на матрицу монитора. А FPS - сколько раз в секунду происходит смена кадров изображения.
При одинаковом FPS более высокая частота обновления позволяет уменьшить видимые артефакты - искажения и "шлейфы" в динамичных сценах.
Дело в том, что пиксели матрицы не успевают мгновенно переключаться между цветами и яркостью. На смену цвета у них уходит порядка 50 мс.
При 60 Гц за это время может смениться целый кадр! Из-за этого изображение на 60 Гц выглядит чуть более "размыто", чем на 120 Гц.
Влияние FPS на зрение человека
Сколько кадров в секунду видит человеческий глаз - это вопрос не только про комфорт, но и про здоровье.
Например, при просмотре видео с низким FPS (менее 24) может возникать дискомфорт в виде:
- головных болей
- быстрой утомляемости
- тошноты
Эти симптомы вызваны тем, что глаз постоянно пытается "догнать" резкие изменения картинки, но не успевает из-за низкого FPS. Это сильно утомляет зрение.
Оптимальный FPS для глаз - от 48 до 60 кадров в секунду. При таком значении обеспечивается комфортное 3D-видение и минимальная нагрузка на глаза.
Выбор FPS для разных задач
Хотя человеческий глаз способен воспринимать около 60 FPS, для разного типа контента требуется разное количество кадров.
Например, для кинофильмов достаточно стандарта в 24 кадра в секунду. Более высокий FPS не даст заметного улучшения картинки, зато сильно увеличит объем видеопотока.
А вот для игр и CGI-анимации важно иметь 60+ FPS. Это снижает задержки управления в играх и делает видео максимально плавным.
Также существуют мониторы с частотой 240 Гц и выше, ориентированные на киберспорт. Но даже профессиональные геймеры физически не способны ощутить разницу с 120 кадрами в секунду.
Перспективы развития технологий отображения
Хотя сегодня 60 FPS уже обеспечивает предел восприятия для человека, технологии продолжают развиваться.
Созданы прототипы гибких дисплеев с частотой обновления 480 Гц. Также разрабатываются методы непосредственной стимуляции зрительного нерва с помощью имплантов.
В будущем такие технологии позволят существенно расширить границы человеческого восприятия и полностью погрузиться в виртуальную реальность.
FPS у животных
Любопытно, что у разных животных показатель воспринимаемого FPS тоже различается.
Например, у хищных птиц он доходит до 140 кадров в секунду. Это позволяет им лучше отслеживать добычу во время полета.
А вот у собак и кошек этот показатель ниже человеческого - всего 50-60 FPS. Зато у них гораздо шире угол обзора и лучше развито ночное зрение.
Как повысить FPS глаза человека
К сожалению, физиологически расширить восприятие человека выше 60 FPS пока невозможно. Однако есть несколько рекомендаций, которые помогут сохранить максимальную четкость зрения:
- Регулярные тренировки фокусировки и слежения за объектами
- Упражнения для глаз и мышц век
- Правильное питание с достаточным количеством витаминов
- Использование средств защиты зрения при работе с экранами
Такие простые методы помогут глазам оставаться в тонусе и сохранять максимальную кадровую частоту восприятия!
FPS в виртуальной реальности
Сколько кадров в секунду видит человеческий глаз - этот вопрос особенно актуален для разработчиков технологий виртуальной реальности (VR).
Дело в том, что в шлемах и очках VR картинка находится в непосредственной близости к глазам. Это повышает чувствительность к мельканиям и артефактам изображения.
Поэтому для комфортного погружения в VR требуется повышенная плавность картинки - как минимум 90-120 FPS при максимально низкой задержке отклика системы.
Перспективы развития дисплеев
Несмотря на ограничения человеческого глаза, производители продолжают совершенствовать дисплеи.
Уже созданы экспериментальные образцы гибких OLED-мониторов с частотой 480 Гц и размером до 50 дюймов.
В будущем появятся имплантируемые дисплеи, способные непосредственно стимулировать зрительный нерв с ультравысоким разрешением и кадровой частотой.
Это позволит полностью погрузить человека в реалистичную виртуальную реальность, многократно расширив границы его восприятия.