Какую частоту воспринимает глаз. Сколько кадров в секунду воспринимает человеческий мозг

FPS – Frames per Second – в переводе с английского означает число кадров в секунду. Появление и развитие телевидения неизбежно поставило вопрос – сколько кадров в секунду воспринимает человеческий глаз? От правильности ответа зависит качество любого просматриваемого видео.

Немного о строении глаза

Сетчатка глаза состоит из своеобразных палочек и колбочек, которые по-разному воспринимают информацию, однако совмещают её в единое целое.

Палочки почти не чувствуют цветовых различий, однако способны быстро улавливать смену изображения. С этой точки зрения fps палочек довольно высок.

Колбочки, напротив, отлично различают цвета, однако делают это с меньшим fps, чем палочки.

Совместно палочки и колбочки составляют фоторецепторы глаза, которые отвечают за целостность просматриваемого изображения.

Задача вычисления максимального fps, воспринимаемого человеческим глазом, усложняется неравномерным распределением фоторецепторов на сетчатке глаза. В центре количество различных рецепторов примерно одинаково, а вот ближе к краям сетчатки преобладают палочки.

Такое строение имеет логичное обоснования с точки зрения природы. Ещё в те времена, когда нужно было постоянно охотиться, чтобы добыть пищу, человеку необходимо было хорошо улавливать движение боковым зрением. Для этого fps глаза по краям сетчатки увеличено природой естественным образом.

Если же брать во внимание прямой взгляд, то значение будет иметь только общее fps фоторецепторов, расположенных по центру сетчатки глаза.

Результаты ранних исследований

Десятки учёных на протяжении множества лет изучали этот вопрос. В итоге были выведены минимальные, максимальные, а также средние значения fps, которые нормально воспринимаются человеческим глазом.

Строение человеческого глаза таково, что он «запрограммирован» видеть не отдельные кадры, а картинку в целом. То есть даже если показывать человеку по 1 кадру в секунду в течение длительного промежутка времени, то он станет воспринимать не отдельные изображения, а общую картину движения.

Однако такое fps довольно низкое и создаёт стойкое ощущение дискомфорта. К этому выводу пришли кинематографисты ещё во времена немого кино. Именно тогда частота кадров в секунду была равна 16. Если сравнить немое кино с современными картинами, то будет видна явная разница – возникнет ощущение замедленной съёмки.

В современных картинах признан общемировой стандарт 24 кадра в секунду. Это fps, в котором человеческий глаз видит общую картину во вполне комфортных условиях. Но является ли это пределом?

Современные значения fps

Казалось бы, если 24 кадра в секунду достаточно для глаза, то есть ли практический смысл добиваться большего? Оказывается, есть. Сегодня в этом может убедиться каждый обладатель компьютера, который хоть раз играл в какую-либо динамическую игру.

При fps равном 24, человеческий глаз видит не только общую картину на экране монитора, но и отдельные кадры.

Вот тут-то и пришлось разработчикам игр поусердствовать, чтобы выяснить, какие же значения оптимальны в этом контексте.

Более современные исследования показали, что человеческий глаз видит и воспринимает изображения со скоростью до 60 кадров в секунду!

В этом случае все движения на экране монитора получаются наиболее плавными и реалистичными.

Новейшие исследования

Как известно, большинство учёных – это люди, которые не останавливаются на достигнутых результатах и проводят всё новые и новые тесты и эксперименты. Учёные-исследователи возможностей человеческого глаза не являются исключением.

Тесты проводятся следующим образом: группе людей предлагается просмотреть несколько видеозаписей с различной кадровой частотой. В некоторые из них в различные промежутки времени добавляются кадры с дефектом – на них изображено что-то лишнее, не вписывающееся в общую картину. Так, например, группе испытуемых показывали видео, дополненное летящим объектом.

Более половины участников эксперимента сумели заметить этот объект. Такой результат не вызывал бы удивления, если бы не одно «но» – fps видео составляло 220 кадров в секунду! И, хотя никто не смог рассмотреть, что же именно было изображено, сам факт отрицать невозможно – человеческий глаз может заметить отдельное изображение на скорости 220 кадров в секунду.

Оказывается, во времена первых фильмов, кинопроекторы оснащались ручным стабилизатором скорости. Специально обученный человек крутил ручку такого кинопроектора, и именно от него зависела скорость смены кадров в фильме.

Если изначально скорость составляла 16 кадров, то потом люди начали произвольно изменять её в зависимости от поведения публики. При показе комедийного изображения и высокой активности зрителей fps увеличивали до 20-30.

Но это повлекло за собой и негативные последствия. Во время окончания Первой мировой войны владельцы кинотеатров нуждались в повышении прибыли и прокручивали фильмы на высоких скоростях, сокращая итоговую длительность одного сеанса и увеличивая количество сеансов. Это приводило к тому, что некоторые картины попросту не воспринимались человеческим глазом. В итоге правительства некоторых стран издали законы, в которых ограничивалась максимальная частота прокрутки кадров.

Актуальность

На практике увеличение значения fps помогает «сгладить» изображение – создать эффект непрекращающегося движения.

Актуальность подбора значений обуславливается целью применения эффекта сглаживания.

Применение больших частот на данном этапе развития техники просто не имеет смысла, хотя время от времени и практикуется специалистами в различных областях.

Возможности зрения и то, сколько кадров в секунду видит человек, до сих пор не полностью изучены. В этой области активно проводят исследования. Существуют споры на тему того, какая частота является оптимальной. В кинематографии используют 24 кадра в секунду, а 25 считают негативно действующим на психику.

Какие способности имеет зрение?

Стоит рассмотреть строение человеческого глаза. Колбочки и палочки - составляющие фоторецепторов, так называемой системы восприятия. Благодаря им можно различать цвета и оттенки, воспринимать изображения. Сложность нахождения максимального fps (framers per second) заключается в расположении этих рецепторов. У людей количество фпс на периферии зрительной системы увеличено. Это своеобразная адаптация организма к способу существования, которая определяет, что видит человеческий глаз.

Зрительная система настроена таким образом, чтобы видеть цельную картину. Вот почему если показывать по 1 кадру в секунду некоторое время, то человек увидит полное изображение. Однако доказано, что резкие перепады fps дискомфортные и их с трудом воспринимает человеческий глаз. Во времена немого кино количество кадров равнялось 16, но жадные владельцы кинотеатра намеренно увеличивали до 30, что негативно влияло на впечатления от просмотра. Стандартом, комфортным для зрения, является 24 фпс. Зрительная система уникальна: комфортным может быть восприятие 60-100 кадров в секунду. Однако это вовсе не предел, так как известны случаи, где фпс было 220.

Предел ли это?

В компьютерных играх этот показатель стал значительно больше, что позволило сделать их изображение более правдоподобным.

Ученых интересуют ответы на вопросы, какая частота кадров максимальна и что произойдет, если увеличить fps, каков в этом смысл. И правда, логичнее было бы ничего не менять, однако производителей компьютерных игр такое решение не устроило. И в этом может убедиться каждый геймер. Создатели начали проводить эксперименты. Целью этого было узнать, какое количество кадров необходимо, чтобы видимая картинка на мониторе казалась реалистичной.

Хотя в стандартных мультфильмах, кино и видео норма этого показателя равна 24, но результаты опытов помогли киноиндустрии и игровым компаниям продвинуться вперед. Это привело к появлению нового формата - IMAX и 3D, которые используются в кинотеатрах. А основным количеством кадров в гонках, аркадах, шутерах и других стало 50, однако может изменяться из-за скорости интернета.

Исследования

Так как эта тема интересна для многих людей, то количество проводимых опытов тоже велико. Ведь все хотят узнать о возможностях своего зрения. Одним из самых необычных и удивительных экспериментов можно по праву считать следующий:

Когда группа испытуемых просматривала высокочастотное видео, то заметила лишний предмет на экране.

Ученые создавали группы людей.
Предоставляли им видеоматериал, в котором присутствовали еле видимые дефектные кадры с изображением чего-то лишнего. Обычно это был летящий объект.
После просмотра значительная часть говорила о том, что заметила мелькание в видео.
Это поразило всех, так как фпс было на уровне 220.

Небольшой опыт можно поставить самостоятельно дома и проверить способности зрительной системы. Для этого существует ряд видео с разной частотой кадров. После просмотра стоит записать наблюдения в этот момент. Однако лучше избегать материала с 25 кадром.

Учёные рассуждают об одном из главных предметов споров среди геймеров.

В закладки

Редактор PC Gamer Алекс Уилтшир (Alex Wiltshire) с нейробиологами и психологами, чтобы выяснить, сколько кадров в секунду в играх нужно человеческому глазу и мозгу. Ответ на вопрос оказался непростым.

Многие геймеры знают, что в играх важно не только количество кадров, но и стабильность их поступления: например, ровные 30 кадров могут восприниматься намного приятнее, чем «болтание» в промежутке от 40 до 50.

Это связано с тем, что просадки в некоторых сценах воспринимаются как те самые пресловутые «тормоза» (мозг ожидает увидеть определённое движение с той же плавностью, что и остальные, но компьютер не успевает обработать картинку с нужной скоростью).

Поэтому иногда разработчики, уделившие недостаточно внимания оптимизации, выпускают игру с ограничением в 30 кадров даже на ПК, что обычно вызывает заметное возмущение среди геймеров. А для консольных игр без многопользовательского режима 30 кадров вообще являются стандартом.

Однако в своём исследовании Уилтшир затронул только стабильную частоту кадров и не касался вопроса вертикальной синхронизации и других параметров компьютера, влияющих на восприятие картинки.

Глаза и мозг работают в тандеме

Споры о том, сколько человеческий глаз может воспринимать кадров в секунду, ведутся давно во многом потому, что на этот вопрос нет однозначного ответа.

Как отмечает Уилтшир, человек не считывает реальность как компьютер, а визуальное восприятие целиком строится на совместной работе глаз и мозга. Поэтому, например, люди по-разному видят движение и свет, а периферийное зрение лучше справляется с некоторыми аспектами картинки, чем основное - и наоборот.

Время, за которое человек воспринимает визуальную информацию, суммируется из времени, за которое свет попадает в глаза, времени передачи полученной информации в мозг и времени её обработки.

По словам профессора психологии Джордана Делонга (Jordan DeLong), обрабатывая визуальные сигналы, мозг постоянно занимается калибровкой, высчитывая средние показатели с тысяч и тысяч нейронов, поэтому вся система более точна, чем её отдельные составляющие.

Как отмечает исследователь Эдриен Чопин (Adrien Chopin), скорость света едва ли можно изменить, а вот часть визуального восприятия, проходящую в мозгу ускорить вполне реально.

Игры - едва ли не единственный способ заметно улучшить основные показатели вашего зрения: чувствительность к контрасту, внимание и способность отслеживать движение множества объектов одновременно.

Эдриен Чопин, исследователь когнитивных функций мозга

Как отмечает Уилтшир, именно геймеры, которые чаще всего пекутся о высокой частоте кадров, способны воспринимать визуальную информацию быстрее любых других людей.

Отличия в восприятии движения и света

Если лампочка работает на частоте в 50 или 60 Гц, большинству людей освещение кажется постоянным, однако есть те, кто в таком случае замечает мерцание. Этого эффекта также можно добиться, если крутить головой смотря на LED-фары автомобиля.

В то же время некоторые пилоты истребителей во время тестов могли видеть изображения, которые появлялись на дисплее на 1/250 долю секунды.

Однако оба эти примера не говорят о том, как человеческий глаз воспринимает игры, где главным параметром является движение.

Как отмечает профессор Томас Бьюзи (Thomas Busey), на высоких скоростях (задержка меньше 100 миллисекунд) начинает действовать так называемый закон Блоха. Человеческий глаз не способен отличить яркую вспышку, которая длилась наносекунду, от менее яркой протяжённостью в десятую долю секунды. По схожему же принципу работает фотокамера, которая на большой выдержке может впустить в себя больше света.

Тем не менее закон Блоха не значит, что ограничение в восприятии для человека останавливается на 100 миллисекундах. В некоторых случаях люди различают артефакты в изображении при 500 кадрах в секунду (задержка в 2 миллисекунды).

Как отмечает профессор Джордан Делонг, восприятие движения во многом зависит и от того, в каком положении человек находится. Если он сидит на месте и следит за объектом, то это одна ситуация, а если сам куда-то идёт, то совершенно другая.

Это связано с отличиями между основным и периферийным зрением, которые достались людям от их первобытных предков. Когда человек смотрит прямо на объект, он различает мельчайшие детали, однако его зрение плохо справляется с быстро движущимися предметами. Периферийное зрение, напротив, страдает недостатком деталей, но действует намного быстрее.

Именно с этой проблемой столкнулись разработчики шлемов виртуальной реальности. Если 60 и даже 30 Гц вполне хватает для монитора, на который человек смотрит прямо, то для того, чтобы зритель нормально чувствовал себя в VR, частоту кадров необходимо повысить до 90 Гц. Всё потому, что шлем даёт картинку и для периферийного зрения.

По словам профессора Бьюзи, если пользователь играет в шутер от первого лица, то повышенная частота кадров по большей части позволяет ему лучше воспринимать движение крупных объектов, нежели мелкие детали.

Это связано с тем, что во время игры геймер не стоит на одном месте, выжидая врагов, а двигается в виртуальном пространстве с помощью мышки и клавиатуры, также меняя и своё положение относительно противников, которые могут появляться в разных частях монитора.

Сколько вешать в кадрах

Мнения о том, сколько человеку нужно кадров в секунду, у учёных разошлись. Профессор Бьюзи считает, что для комфорта стоит проходить как минимум отметку в 60 Гц, однако он не знает, будет ли разница для некоторых людей между 120 и 180 кадрами в секунду.

20 сентября 2017

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 строение глаза 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 секунду. Это 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.

Видео по теме

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, скорость увеличивали 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.

Итак, сколько кадров в секунду видит человеческий глаз?

Строение

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?

Научное обоснование

Отвечая на вопрос о том, сколько fps видит человеческий глаз, можно смело назвать цифру 100.

Как проводят исследования?

Сколько кадров в секунду видит человек, интересно многим. Более любопытные подробности рассмотрим далее.

Неожиданные факты

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.