Сколько FPS у человеческого глаза?

10.02.2018

Один подписчик канала верно заметил, что наш факт про муху (см. на фото ниже) ошибочен, а подправить его невозможно, т.к. это сам по себе ложный факт. Ну что же, давайте разберёмся, в чём же ошибка.

Наш с вами ложный факт)
Наш с вами ложный факт)

У глаза НЕТ такого понятия, как FPS, но есть его аналог - инертность палочек и колбочек — фоторецепторов светочувствительных клеток сетчатки глаза.

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

При сравнении FPS компьютера с инертностью палочек и колбочек возникают следующие проблемы:

  • Палочки и колбочки по-разному воспринимают движение и цвет. Палочки в 100 раз менее чувствительны к цветам, но имеют значительно меньшую инертность (ну т.е. их FPS больше). Но они практически не способны различать цвета. Колбочки, соответственно, наоборот - лучше различают цвета, но имеют бОльшую инертность (т.е. FPS ниже).
  • Эти фоторецепторы размещаются на сетчатке неравномерно. Колбочки расположены в центре, а палочки расположены по бокам сетчатки.

Идея нашей матушки природы довольно 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". Потом мы уже повернём голову и более чувствительными рецепторами проанализируем ситуацию - перед нами большой, красивый, голодный Лёва :D

Очевидно, что человек, работающий на компьютере использует по большей части центр сетчатки, поэтому в данном случае целесообразно говорить исключительно о среднем FPS именно смеси палочек и колбочек. Вот на одном сайте удалось найти инфу: минимальная инертность составила 20 мс. Иначе говоря, мы получаем FPS 50 кадров/сек. 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:

Очевидно, что здесь всего 1 кадр, однако мозг воспринимает сигналы получаемые от палочек (с периферии зрения) и трактует их как признаки движения. Это позволяет ему самому "дорисовывать" кадры и делать плавное движение всего из 1 кадра.

При чём не надо забывать, что изображение, выводимое на монитор, не является "идеальным": оно содержит артефакты.

Артефакт — нежелательные особенности сгенерированного компьютером изображения, появляющиеся в определённых условиях (переходы яркости или цветности, движение изображения, режимы вывода, предназначенные для ускорения работы, недостаточно качественная компрессия текстур и.т.д.)

Взгляните на график ниже. На нем изображена зависимость светимости пикселя от времени.

График зависимости светимости пикселя от времени
График зависимости светимости пикселя от времени

Сначала он был темным. Затем пришла команда изменить цвет (40 мс). Современные игровые матрицы заточены на максимальную скорость, которая достигается усиленным сигналом. В результате цвет пикселя "перескакивает" нужное значение и выравнивается следующие 50 (!!!) мс. Вдумайтесь, значение достаточно большое, ведь при FPS 60 на 1 кадр приходится всего 16 мс. Это значит что в динамичных сценах пиксели НИКОГДА не попадут в те значения, которые физически должны быть. Потому что им нужно 50 мс чтобы попасть точно в заданное значение, а кадр сменится уже через 16 мс.

Иными словами, формально мы можем получить 60 кадров в секунду, но физически это не "чистые" и "четкие" 60 кадров, а кадры со "шлейфом", "промахами" и артефактами. Человеческий же глаз видит изображение не просто без каких-либо подобных провалов, а очень даже чётко и плавно.

Итак, думаю, уже всем понятно, почему мы не можем сравнивать FPS человеческого глаза с компьютерным, но остаётся вопрос: а из-за чего всё же пошёл миф, что человек может видеть именно 24 кадра/сек?

Всё просто. Это телевизионный и кинематографический стандарт, из-за которого люди привыкли считать, что раз они смотрят видео с FPS, равным 24, то и человеческий глаз может различать только 24 кадра/сек, однако, мы только что доказали, что это - МИФ.