Hur många bilder per sekund kan det mänskliga ögat se egentligen?

Jag spenderar alldeles för många av mina första ömma minuter i ett nytt spel med en framerate-räknare igång i hörnet av min skärm. Jag spelar, hyperkänslig för de minsta hakar, doppar in och ut ur grafikinställningarna för att optimera, och oroa mig, och optimera och oroa mig igen.

Jag svär att jag inte har den där disken igång hela tiden. Det vore ohälsosamt, eller hur? Men framerate är viktigt för oss. Det är kärnmåttet som vi bedömer både våra riggar och ett spels tekniska hack. Och varför inte? En bildhastighetsräknare ljuger inte. Den rapporterar ett rakt, enkelt nummer. I en osäker värld är det något vi kan stå vid.

Men kan du ser höga bildhastigheter? Så startar ett argument lika gammalt som PC-spel, ett konstant och förvirrat krig där stolthet krockar med skakig vetenskap. Men bortsett från internet rasar det, det är en intressant fråga, särskilt eftersom det handlar om det primära sättet vi upplever datorspel på. Vad är den maximala framerate det mänskliga ögat ser? Hur märkbar är skillnaden mellan 30 Hz och 60 Hz? Mellan 60 Hz och 144 Hz? Efter vilken tidpunkt är det meningslöst att visa ett spel snabbare?

Svaret är komplext och ganska stökigt. Du kanske inte håller med om delar av det; vissa kan till och med göra dig arg. Ögon- och visuell kognitionsexperter, även de som själva spelar spel, kan mycket väl ha ett helt annat perspektiv än du om vad som är viktigt med flödande bilder som datorer och bildskärmar visar. Men mänsklig syn och uppfattning är en konstig och komplicerad sak, och det fungerar inte riktigt som det känns.

Aspekter av vision

Det första att förstå är att vi uppfattar olika aspekter av synen olika. Att upptäcka rörelse är inte detsamma som att upptäcka ljus. En annan sak är att olika delar av ögat fungerar olika. Mitten av din syn är bra på andra saker än periferin. Och en annan sak är att det finns naturliga, fysiska gränser för vad vi kan uppfatta. Det tar tid för ljuset som passerar genom din hornhinna att bli information som din hjärna kan agera på, och våra hjärnor kan bara bearbeta den informationen med en viss hastighet.

Ännu ett viktigt koncept: helheten av vad vi uppfattar är större än vad något element i vårt visuella system kan uppnå. Denna punkt är grundläggande för att förstå vår uppfattning om syn.

Du kan inte förutsäga hela systemets beteende baserat på en cell eller en neuron, säger Jordan DeLong till mig. DeLong är biträdande professor i psykologi vid St Joseph's College i Rensselaer, och majoriteten av hans forskning handlar om visuella system. Vi kan faktiskt uppfatta saker, som bredden på en linje eller två linjer som är i linje, mindre än vad en enskild neuron kan göra, och det beror på att vi har i genomsnitt över tusentals och åter tusentals neuroner. Din hjärna är faktiskt mycket mer exakt än en enskild del av den.

bästa spelhögtalare för pc

Spelare ... [är] en riktigt konstig population av människor som förmodligen arbetar nära maximala nivåer [av syn].

Assistant professor Jordan DeLong

Och slutligen, vi är speciella. Dataspelsspelare har några av de bästa ögonen som finns. Om du arbetar med spelare, arbetar du med en riktigt konstig population av människor som förmodligen arbetar nära maximala nivåer, säger DeLong. Det är för att visuell perception kan tränas, och actionspel är särskilt bra på att träna syn .

[Spel är] unika, ett av de enda sätten att massivt öka nästan alla aspekter av din syn, så kontrastkänslighet, uppmärksamhetsförmåga och multipla objektspårning, säger Adrien Chopin, en post-doc forskare i kognitiv vetenskap. Så bra, faktiskt, att spel används i visuella terapier.

Så innan du blir arg på att forskare pratar om vilka framerates du kan och inte kan uppfatta, klappa dig själv på axeln: om du spelar actiontunga spel är du sannolikt mer uppmärksam på framerates än den genomsnittliga personen.

Uppfatta rörelse

Låt oss nu komma till några siffror. Det första att tänka på är flimmerfrekvens. De flesta människor uppfattar en flimrande ljuskälla som en stadig belysning med en hastighet av 50 till 60 gånger per sekund, eller hertz. Vissa människor kan upptäcka ett litet flimmer i en 60 Hz fluorescerande glödlampa, och de flesta människor kommer att se fladdrande fläckar över synen om de gör en snabb ögonrörelse när de tittar på de modulerade LED-baklyktorna som finns i många moderna bilar.

Men det här erbjuder bara en del av pusslet när det kommer till att uppfatta flödande mjuka spelbilder. Och om du har hört talas om studier på stridspiloter där de har visat en förmåga att uppfatta en bild som blinkar på skärmen i 1/250-dels sekund, så är det inte heller riktigt vad uppfattningen om smidiga, flödande datorspelsbilder handlar om . Det är för att spel producerar rörliga bilder och anropar därför andra visuella system än de som helt enkelt bearbetar ljus.

Som ett exempel, det finns det här som heter Blochs lag . I grund och botten är det en av få lagar inom perception, säger professor Thomas Busey, biträdande avdelningsordförande vid Indiana Universitys institution för psykologiska och hjärnvetenskaper, för mig. Den säger att det finns en avvägning mellan intensitet och varaktighet i en ljusblixt som varar mindre än 100ms. Du kan ha en nanosekund av otroligt starkt ljus och det kommer att se ut som en tiondels sekund av svagt ljus. I allmänhet kan människor inte skilja mellan korta, ljusa och långa, svaga stimuli inom en tiondels sekund, säger han. Det är lite som förhållandet mellan slutartid och bländare i en kamera: genom att släppa in mycket ljus med en bred bländare och ställa in en kort slutartid blir ditt fotografi lika välexponerat som ett taget genom att låta en liten mängd ljus med smal bländare och inställning av lång slutartid.

Men även om vi har problem med att urskilja intensiteten av ljusblixtar mindre än 10ms, kan vi uppfatta otroligt snabba rörelseartefakter. De måste vara väldigt specifika och speciella, men du kunde se en artefakt i 500 fps om du ville, berättar DeLong.

Specificiteten relaterar till hur vi uppfattar olika typer av rörelse. Om du sitter stilla och tittar på saker framför dig som rör sig, är det en helt annan signal till utsikten du får när du går. De fokuserar på olika platser, säger DeLong. Den mellersta delen av din vision, foveala regionen, som är den mest detaljerade, är faktiskt ganska mycket skräp när det kommer till att upptäcka rörelse, så om du ser saker i mitten av skärmen röra sig, är det inte så stor sak vad uppdateringsfrekvensen är; du kan omöjligen se det med den delen av ögat.

nephelis quest

Men ute i ögonens periferi upptäcker vi rörelse otroligt bra . Med en skärm som fyller deras perifera syn som uppdateras med 60 Hz eller mer, kommer många att rapportera att de har en stark känsla av att de rör sig fysiskt. Det är delvis därför VR-headset, som kan fungera i det perifera synet, uppdateras så snabbt (90 Hz).

Det är också värt att överväga några av de saker som vi gör när vi spelar, till exempel, ett first person shooter. Vi kontrollerar kontinuerligt förhållandet mellan vår musrörelse och vyn i en perceptuell motor-feedback-slinga, vi navigerar och rör oss genom 3D-rymden, och vi söker också efter och spårar fiender. Vi uppdaterar därför kontinuerligt vår förståelse av spelets värld med visuell information. Busey säger att fördelarna med smidiga, snabbt uppfriskande bilder kommer i vår uppfattning om storskalig rörelse snarare än fina detaljer.

Men hur snabbt kan vi uppfatta rörelse? Efter allt du har läst ovan kan du nog gissa att det inte finns några exakt svarar. Men det finns några definitiva svar, som detta: du kan absolut se skillnaden mellan 30 Hz och 60 Hz.

Vilka framerates kan vi verkligen se?

Visst är 60 Hz bättre än 30 Hz, bevisligen bättre, säger Busey. Så det är ett internetanspråk som ogiltigförklarats. Och eftersom vi kan uppfatta rörelse med en högre hastighet än vi kan en 60 Hz flimrande ljuskälla, borde nivån vara högre än så, men han kommer inte att stå vid ett nummer. Om det är platåerna vid 120 Hz eller om du får en extra boost upp till 180 Hz, jag vet bara inte.

Jag tror vanligtvis att när du kommer upp över 200 fps ser det bara ut som vanliga, verkliga rörelser, säger DeLong. Men i mer regelbundna termer upplever han att minskningen av att människor kan upptäcka förändringar i jämnhet i en skärm ligger på runt 90Hz. Visst, aficionados kanske kan se små små skillnader, men för resten av oss är det som att rött vin är rött vin.

Chopin ser på ämnet väldigt annorlunda. Det framgår av litteraturen att man inte kan se något mer än 20 Hz, säger han till mig. Och även om jag erkänner att jag först frustade i mitt kaffe, började hans argument snart bli mycket mer vettigt.

Visst är 60 Hz bättre än 30 Hz, bevisligen bättre.

Professor Thomas Busey

Han förklarar för mig att när vi letar efter och kategoriserar element som mål i en förstapersonsskjutare, så spårar vi flera mål och upptäcker rörelse hos små föremål. Till exempel, om du tar rörelsedetektering av ett litet objekt, vad är den optimala tidsfrekvensen för ett objekt som du kan detektera?

Och studier har funnit att svaret är mellan 7 och 13 Hz. Efter det sjunker vår känslighet för rörelser avsevärt. När du vill göra visuell sökning, eller flera visuella spårning eller bara tolka rörelseriktningen, tar din hjärna endast 13 bilder av en sekunds kontinuerligt flöde, så du kommer att snitta de andra bilderna som ligger däremellan till en bild.

Upptäcktes av forskaren Rufin vanRullen 2010, detta händer bokstavligen i våra hjärnor : du kan se en stadig 13 Hz aktivitetspuls i ett EEG, och det stöds ytterligare av observationen att vi också kan uppleva vagnhjulseffekt ’ får du när du fotograferar filmer av ett snurrande ekerobjekt. Uppspelad kan bilder visas för att visa objektet rotera i motsatt riktning. Hjärnan gör samma sak, säger Chopin. Du kan se detta utan kamera. Med tanke på alla studier ser vi ingen skillnad mellan 20hz och högre. Låt oss gå till 24hz, vilket är filmbranschens standard. Men jag ser ingen mening att gå över det.

Den här artikeln handlar om vilka framerates det mänskliga ögat kan uppfatta. Elefanten i rummet: hur snabbt kan vi reagera till det vi ser? Det är en viktig skillnad mellan spel och film som är värdig en annan hel artikel.

Så varför kan spel känna tydligt olika vid 30 och 60 fps? Det händer mer än framerate. Ingångsfördröjning är hur lång tid som går mellan att mata in ett kommando, att kommandot tolkas av spelet och överförs till monitorn och att monitorn bearbetar och renderar bilden. För mycket inmatningsfördröjning kommer att få alla spel att kännas tröga, oavsett LCD:ns uppdateringsfrekvens.

Men ett spel som är programmerat att köras med 60 fps kan potentiellt visa dina ingångar snabbare, eftersom bildrutorna är smalare tidsperioder (16,6 ms) jämfört med 30 fps (33,3 ms). Människans svarstid är definitivt inte så snabb, men vår förmåga att lära och förutse kan få våra svar att verka mycket snabbare.

Det viktiga här är att Chopin talar om att hjärnan skaffar sig visuell information som den kan bearbeta och som den kan agera på. Han säger inte att vi inte kan märka någon skillnad mellan 20 Hz och 60 Hz-bilder. Bara för att du kan se skillnaden betyder det inte att du kan bli bättre i spelet , han säger. Efter 24 Hz blir du inte bättre, men du kan ha någon fenomenologisk upplevelse som är annorlunda. Det är därför skillnad mellan effektivitet och erfarenhet.

Och även om Busey och DeLong erkände det estetiska överklagandet av en jämn bildhastighet, men ingen av dem ansåg att bildhastigheten är det bästa av spelteknik som vi kanske gör. För Chopin är upplösningen mycket viktigare. Vi är väldigt begränsade i att tolka skillnad i tid, men vi har nästan inga gränser för att tolka skillnad i rum, säger han.

pc ratt

För DeLong är upplösningen också viktig, men bara för den lilla centrala delen av ögat som bryr sig om det, som bara omfattar ett par grader av ditt synfält. Några av de mest övertygande sakerna jag har sett har varit med eyetracking. Varför gör vi inte full upplösning bara för de områden i ögat där vi faktiskt behöver det? Men hans verkliga fokus ligger på kontrastförhållanden. När vi ser riktigt äkta svarta och ljusa vita är det verkligen övertygande, säger han.

Vad vi egentligen vet

Efter allt detta, vad vet vi egentligen? Att hjärnan är komplicerad och att det verkligen inte finns något universellt svar som gäller alla.

• Vissa människor kan uppfatta flimmer i en 50 eller 60 Hz ljuskälla. Högre uppdateringsfrekvens minskar märkbart flimmer.
• Vi upptäcker rörelse bättre i periferin av vår syn.
• Sättet vi uppfattar blixten i en bild är annorlunda än hur vi uppfattar konstant rörelse.
• Spelare är mer benägna att ha några av de mest känsliga, tränade ögonen när det gäller att uppfatta förändringar i bilder.
• Bara för att vi kan uppfatta skillnaden mellan framerates betyder det inte nödvändigtvis att perception påverkar vår reaktionstid.

Så det är inte ett snyggt ämne, och utöver allt detta måste vi också överväga om våra monitorer faktiskt kan visa bilder med dessa höga bildhastigheter. Många går inte över 60 Hz, och Busey ifrågasätter om bildskärmar som annonseras vid 120 Hz verkligen visar så snabbt (enligt några seriöst djupgående tester på TFTCentral , det gör de verkligen). Och som någon som också har njutit av spel med 30 bilder per sekund (och ofta ganska färre) som renderas av mina konsoler, kan jag relatera till dem som tyder på att andra aspekter av visuella skärmar kan ansluta bättre till min visuella uppfattning.

Å andra sidan skulle jag älska att höra från proffsteam om deras objektiva erfarenheter av framerate och hur det påverkar spelarens prestation. Kanske kommer de att bekräfta eller motsäga vetenskapens nuvarande tänkande på detta område. Om spelare är så speciella när det kommer till vision, kanske vi borde vara de som står i spetsen för en ny förståelse av det.