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.
«Кино - это правда 24 кадра в секунду.»
Жан-Люк Годар
Здрасте, здрасте! Тема сегодня у нас любопытная, но априори «холиварная». Что лучше 24, 48, 60 или вообще 100500 кадров в секунду? Ответа пока нет, да и нужен ли он? Может, стоит использовать и 24, и 48 fps? Но об этом позже.
Для начала немного истории. Если знаете эти факты, то милости прошу, уважаемые профессионалы, перескочить через два абзаца собственно к самой теме.
Почему большая часть фильмов идет с частотой 24 кадра в секунду? Этот стандарт был введен, как минимальный для соответствия видео и аудио дорожек на заре возникновения звукового кино. Немое кино часто снимали 16-18 fps ,и в этих условиях не было возможности синхронно прикрепить звуковую дорожку. Но на самом деле, зритель видит 48 кадров. Как это получается? Все просто! В кинопроекторе есть такая штука – обтюратор. Он выглядит, как половина диска. Обтюратор вертится и, если он не закрывает свет, то на экран проецируется кадр, и, если свет перекрыт, то на экране черная пустота. И так каждый второй кадр! Вдумайтесь! Половину фильма зритель не получает никакой информации!
На телевидение изначально была кадровая частота, равная 50 или 60 к/с. Это обусловлено системой переменно электрического тока 50гц в Европе и 60гц в Америке. Но на экране телевизора показываются не полноценные кадры, а полукадрики. То есть сначала идет изображение, где видны только четные строки, а затем – нечетные. В итоге получается 25-30 кадров.
Но дальше появляются цифровые видео- и кинокамеры способные снимать полноценные 50, 60 и более кадров в секунду. И, конечно, их сразу начинают использовать в производстве сериалов, тем самым создав для HFR (высокой кадровой частоте) репутацию слишком бытового изображения, которое не может создать особую атмосферу кино. Все получается слишком резко, можно разглядеть множество деталей лица актера, костюма, грима, декораций и прочее. Это отвлекает от самого сюжета.
В кино заговорили о HFR , когда стало известно о съемках «Хоббита» с частотой 48 к/с, и «Аватара 2» с 60 к/с. Фильм Питера Джексона уже вышел, и многим было непривычно видеть новую частоту кадров, у кого-то даже закружилась голова. Но спустя некоторое время все привыкли. Итак, пора разобраться, нужна ли нам HFR в кинопроизводстве.
Один фотограф на своем мастер-классе сказал, что в фотографии самое важное:
- Выделить главное
- Убрать лишнее
- Показать динамику и объем.
Так же и в киноизображении. Многие начинающие фильммейкеры задаются вопросом: «Как получить киношную картинку?». В кино как раз занимаются этими 3 пунктами. Выделяют главное с помощью ГРИП (глубины резкости изображаемого пространства), цветовых и световых акцентов, движения персонажа или камеры и прочими приемами. Убирают лишнее с помощью, представьте себе, тех же приемов: отсекают ненужные объекты оставив их в расфокусе, фон менее освещают, чем всю сцену, кадрируют изображение по законам восприятия человека. Динамику и объем показывают движением камеры, персонажей, выдержкой пленки.
Основная суть атмосферы кино в небольшом подергивании – стробе и легкой нечеткости кадра. Размытость возникает потому, что в кино не используют маленьких выдержек, иначе строб будет сильно заметен. А так фильм течет как река, затягивает за собой, позволяет комфортно себя чувствовать. Неужели злодеи Джексон и Кэмерон хотят отнять у нас такие хорошие условия для просмотра? Но постойте! При использовании HFR плавность «реки» будет достигнута большим количеством кадров - никаких скачков! А вода станет чище, и можно будет различить камушки на дне.
Стюарт Мэшвитц в своем говорит о том, что киношность есть урезание информации. Но давайте вспомним историю. Каждый раз, когда кто-то решал увеличить возможность информативности кино, сообщество кинематографистов было против. Говорили, что новое веяние погубит кинематограф. Впрочем, зрителям нравилось нововведение. Такая ситуация была со звуковым, цветовым, широкоформатным и 3D кино. Видимо, новый шаг - это фильмы, снятые с высокой частотой кадров.
Но ведь нередко кинодеятели возвращаются к старым формам. Черно-белые киноленты, или ч/б вставки в цветные фильмы – вообще, очень частое явление. И немое кино иногда снимают, и даже «Оскары» за это получают. Поэтому, зачем хоронить 24 кадра? Такие фильмы, определенно, будут существовать еще много лет. Стоит принять частоту кадров как инструмент для достижения необходимого результата. Научиться пользоваться им как диафрагмой и выдержкой, цветным и ч/б изображением, широкоугольной и длиннофокусной оптикой.
Годар сказал: «Кино - это правда 24 кадра в секунду.». Сколько правды захотите сказать вы, зависит только от вас, господа начинающие и уже продвинутые фильммейкеры!
В начале кинопленка была очень дорогая – на столько, что для того, чтобы ее экономить, режиссеры пытались использовать наименьшее количество кадров, которое обеспечивало плавность движения. Этот порог колебался от 16 до 24 кадров в секунду и в конечном счете был выбран единый уровень в 24 кадра в секунду. Такой стандарт установился на многие десятилетия и до сих пор используется в кинематографии.
Какое количество кадров выбрать
Выбор количества кадров зависит от творческого видения и эффекта, который Вы хотите получить. Меньшая скорость делает так, что мозг подсознательно признает, что наблюдаемое изображение является «фальшивкой», поэтому выбор 24 кадров в секунду может отлично подчеркнуть концепцию на основе воображения, например, в сказках и других нереальных фильмах.
Чем выше количество кадров, тем более реалистично выглядят сцены, поэтому такая скорость идеально подходит для современных художественных, документальных или фильмов в стиле экшен. Хотя 60 кадров в секунду является лучшим технически решением для достижения плавности, но покадровые анимационные ролики отлично выглядят и при 12 кадрах в секунду, а увидеть мяч во время матча, записанного с частотой 24 кадра в секунду – это уже практически невозможно.
Часто разработчики пытаются придерживаться частоты кадров традиционно используемой в их регионе, т.е. 29,97 кадра в секунду в США и Японии и 25 кадров в секунду в Европе и большинстве стран Азии. Постарайтесь, чтобы ваш выбор был продуман.
Помните, что человеческий глаз является сложным устройством и не распознает отдельных кадров, поэтому эти рекомендации не следует рассматривать в качестве доказанных научно фактов, а, скорее, как результат многолетних наблюдений разных людей.
Ниже вы найдете информацию об общих цифрах кадров, используемых в фильмах и клипах:
- 12 кадров в секунду : абсолютный минимум, необходимый для появления движения. Меньшие скорости будут восприниматься как набор отдельных изображений.
- 24 кадра в секунду : минимальное значение, при котором движение выглядит достаточно плавно. Это неплохой вариант, который подойдет для создания атмосферы старого фильма.
- 25 кадров в секунду : ТВ-стандарт в ЕС и большинстве стран Азии.
- 30 кадров в секунду (точнее 29,97) : стандарт, применяемый в США и Японии.
- 48 кадров в секунду : значение в два раза выше, чем в традиционных фильмах.
- 60 кадров в секунду : в настоящее время наиболее передовая скорость записи. Большинство людей не видит особой разницы в плавности движений при съемке выше 60 кадров в секунду. Это количество кадров, отлично подходит для отображения динамичного экшена.
Анимация с частотой 12 кадров в секунду
Высокая частота кадров может быть также полезна во время затемнения и осветления изображений, когда при более низких значениях может произойти потеря качества изображения.
Конечно, вы не должны использовать одну фиксированную частоту кадров во всем фильме. Например, вы можете выбрать 24 кадра в секунду, чтобы получить романтический эффект, а потом перейти на 60 кадров в секунду, когда это потребуется:
- Взрывы : взрывы в кино, снятые с частотой 24 кадра в секунду, выглядят либо четкими, но прерывистыми, либо размытыми, но плавными. При большем числе кадров в секунду можно отобразить очень быстрые взрывы детально, с высокой плавностью и четкостью..
- Жидкости : при высокой частоте кадров Вы получаете возможность расширенных настроек диафрагмы при съемке быстро движущихся жидкостей.
- Динамические сцены : например, бокс, борьба и т.д.
- Выстрелы и другие быстро движущиеся объекты : размытие движения при более низких частотах кадров делают невозможным отслеживание быстро движущихся объектов. В сценах, снятых с большим количеством кадров в секунду эта проблема не возникает.
Вам не придется выбирать между размытие и низкой детализацией
В сценах с быстрым действием и большим количеством мелких, движущихся объектов, как в этом клипе Nintendo , частота в 60 кадров в секунду позволяет зафиксировать все мельчайшие детали, сохраняя при этом необычайную плавность изображения.
Запишите минутное видео с большим, а потом, с небольшим количеством кадров. Поделитесь этой записью с сообществом и спросите участников, что им понравилось в этих фильмах.
Опубликовано: 6 Январь 2014 в рубрике 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 НЕ равномерно. 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.
На одном сайте мне удалось найти результаты исследований на эту тему.
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.
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.