Сколько кадров в секунду видит человек

Аспекты зрения

Первое, что нужно понять, это то, что мы воспринимаем разные аспекты зрения по-разному. Обнаружение движения — это не то же самое, что обнаружение света. Другое дело, что разные части глаза работают по-разному. Центр вашего зрения хорош для одних вещей, периферия — для других. И еще одно: существуют естественные физические ограничения того, что мы можем воспринимать. Свету, проходящему через роговицу, требуется время, чтобы преобразоваться в информацию, на которую может воздействовать мозг, а наш мозг может обрабатывать эту информацию только с определенной скоростью.

«У компьютерных геймеров одни из лучших глаз. «Если вы работаете с игроками, вы работаете с очень странной группой людей, которые, вероятно, работают в расцвете сил», — говорит Джордан ДеЛонг. Делонг — доцент психологии в Колледже Святого Иосифа в Ренсселере, и большая часть его исследований посвящена зрительным системам.

Это связано с тем, что зрительное восприятие можно тренировать, а экшн-игры особенно хороши для визуальной тренировки.

«[Игра] уникальна, это один из немногих способов значительно улучшить почти все аспекты вашего зрения, такие как контрастная чувствительность, концентрация внимания и отслеживание нескольких объектов», — говорит Адриан Шопен, исследователь когнитивных наук. Настолько хорошо, что игры используются в терапии зрения.

Поэтому, прежде чем злиться на исследователей, говорящих о частоте кадров, которую вы можете и не можете воспринимать, похлопайте себя по плечу: если вы играете в экшн-игры, вы, вероятно, более чувствительны к частоте кадров, чем средний человек.

Как наш мозг обрабатывает реальность

Прежде всего, важно понять, как можно просматривать изображения.

1. Свет проходит через роговицу в передней части глаза, пока не достигнет хрусталика.
2. Затем хрусталик фокусирует свет на точку в задней части глаза, которая называется сетчаткой.
3. Затем фоторецепторные клетки в задней части глаза преобразуют свет в электрические сигналы, а клетки, известные как палочки и колбочки, улавливают движение.
4. Зрительный нерв передает электрические сигналы в мозг, который затем преобразует их в изображения.

Глаза и мозг работают в тандеме

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

Как отмечает Уилтшир, человек не считывает реальность так, как компьютер, и визуальное восприятие полностью зависит от совместной работы глаз и мозга. Поэтому, например, движение и свет люди видят по-разному, и периферийное зрение лучше подходит к некоторым аспектам изображения, чем к основному, и наоборот.

Время, необходимое человеку для восприятия визуальной информации, суммируется из времени, необходимого для того, чтобы свет проник в глаза, времени, необходимого для передачи информации в мозг, и времени, необходимого для ее обработки.

По словам профессора психологии Джордана Делонга, при обработке визуальных сигналов мозг постоянно калибруется, усредняя тысячи и тысячи нейронов, поэтому вся система точнее, чем ее отдельные компоненты.

Как указывает исследователь Адриан Шопен, скорость света вряд ли можно изменить, но ускорить ту часть зрительного восприятия, которая происходит в мозгу, вполне возможно.

Игры — это, пожалуй, единственный способ значительно улучшить основные показатели своего зрения: контрастную чувствительность, внимание и способность отслеживать движение множества объектов одновременно.

Адриан Шопен, исследователь когнитивных функций мозга

Как отмечает Уилтшир, именно геймеры больше всего озабочены высокой частотой кадров, поскольку они могут обрабатывать визуальную информацию быстрее, чем кто-либо другой.

Отличия в восприятии движения и света

Если лампочка работает с частотой 50 или 60 Гц, большинство людей обнаружат, что свет будет постоянным, но некоторые заметят мерцание. Этого эффекта также можно добиться, повернув голову и глядя на светодиодные фары автомобиля.

В то же время некоторые летчики-истребители во время испытаний смогли увидеть изображения, появляющиеся на экране в течение 1/250 секунды.

Однако ни один из этих двух примеров не объясняет, как человеческий глаз воспринимает игры, в которых основным параметром является движение.

Как указывает профессор Томас Бьюзи, на высоких скоростях (задержка менее 100 миллисекунд) начинает действовать так называемый закон Блоха. Человеческий глаз не в состоянии отличить яркую вспышку, длящуюся наносекунду, от менее яркой вспышки, длящейся десятую долю секунды. Камера работает по тому же принципу, что при длинной выдержке можно пропустить больше света.

Однако закон Блоха не означает, что ограничение человеческого восприятия ограничивается 100 миллисекундами. В некоторых случаях люди могут видеть артефакты на изображении со скоростью 500 кадров в секунду (задержка 2 миллисекунды).

Как указывает профессор Джордан Делонг, восприятие движения во многом зависит от положения, в котором находится человек. Если вы сидите неподвижно и смотрите на предмет, то это одна ситуация, а если он куда-то уходит, то совсем другая.

Это связано с различиями между первичным и периферическим зрением, которые люди унаследовали от своих первобытных предков. Когда человек смотрит прямо на объект, он может разглядеть мельчайшие детали, но его зрение плохо адаптируется к быстро движущимся объектам. С другой стороны, периферийному зрению не хватает деталей, но оно работает намного быстрее.

Именно с этой проблемой столкнулись разработчики гарнитур виртуальной реальности. Если для монитора, на который человек смотрит прямо, достаточно 60 или даже 30 Гц, то для того, чтобы зритель нормально себя чувствовал в VR, частоту кадров необходимо увеличить до 90 Гц, потому что гарнитура дает изображение для периферии зрение.

По словам профессора Бьюзи, если пользователь играет в шутер от первого лица, то повышенная частота кадров, по большей части, позволяет пользователю лучше воспринимать движение крупных объектов, чем мелких деталей.

Это связано с тем, что во время игры игрок не стоит на одном месте в ожидании врагов, а перемещается в виртуальном пространстве с помощью мыши и клавиатуры, также меняя свое положение относительно противников, которые могут появляться в разных частях игрового монитора.

Откуда взялся миф про 24 кадра

Миф о том, что человеческий глаз видит максимум 24 кадра в секунду, имеет многовековую историю. Он уходит своими корнями в первые дни кинематографа. Первые фильмы, снятые в конце 19 века братьями Люмьер, имели 16 кадров в секунду. Эта цифра была выбрана потому, что стандартная 35-мм пленка при такой скорости составляла ровно 1 фут в секунду. Это упростило расчет необходимого количества пленки для съемки.

Необходимость увеличения частоты возникла с переходом от немого кино к звуковому. Подсказка в те времена записывалась на ленте рядом с изображением в виде полосок, каждая из которых соответствовала определенной частоте. Небольшая продолжительность фильма, смещенного за секунду (всего 30 см), не позволяла достаточно четко записать звук, поэтому длительность пришлось увеличить.

Также было решено увеличить FPS до 24 не просто так. Расход второй пленки составлял теперь 1,5 фута, минутной: 90 футов или 30 ярдов. Эти цифры также оказались удобными для расчетов при планировании бюджета съемок. Частоту пытались еще увеличить, до 30, 48 и даже 60 кадров в секунду, но возникли проблемы.

Эта скорость требовала более точного и прочного оборудования (как для съемок, так и для воспроизведения в кинотеатрах), а расход пленки значительно увеличивался. Помимо стоимости самого фильма, увеличились и затраты на монтаж, время на его производство. В конце концов все остановились на 24 кадрах, эта частота стала отраслевым стандартом на многие десятилетия.

Тотальная электрификация Европы и появление телевидения окончательно утвердили частоту около 25 кадров в секунду. При частоте переменного тока 50 Гц (смена направления в секунду) удобно привязывать к параметрам тока 24-25 кадров. При таком подходе сдвиг системы отсчета происходит один раз за период синусоиды. А вот в США, где вместо привычных 220-230 вольт 50 Гц используется 110-120 вольт 60 Гц, телевизионный стандарт NTSC работает на частоте 30 (29,97) кадров в секунду

Итак, сколько кадров в секунду может увидеть человеческий глаз?

Вы можете задаться вопросом, что произойдет, если вы посмотрите что-то с действительно высокой частотой кадров. Вы действительно видите, как мелькают все эти кадры? В конце концов, ваш глаз не двигается со скоростью 30 изображений в секунду.

Короткий ответ заключается в том, что вы, возможно, не в состоянии сознательно регистрировать эти кадры, но ваши глаза и мозг могут осознавать их.

Например, возьмем 60 кадров в секунду, что многие приняли за верхний предел.

Некоторые исследования показывают, что ваш мозг может распознавать изображения, которые вы видите, в течение гораздо более короткого периода времени, чем предполагали эксперты.

Например, авторы из Массачусетского технологического института обнаружили, что мозг может обрабатывать изображение, увиденное глазом, всего за 13 миллисекунд, что является очень высокой скоростью обработки.

Это особенно быстро по сравнению с принятыми 100 миллисекундами, которые использовались в предыдущих исследованиях. Тринадцать миллисекунд переводятся примерно в 75 кадров в секунду.

Есть ли тесты, сколько кадров в секунду видит человеческий глаз?

Некоторые исследователи показывают человеку быстрые последовательности изображений и просят дать ответы, чтобы увидеть, что они могут найти.

Это то, что исследователи сделали, чтобы определить, что мозг может обрабатывать изображение, которое глаз видел только в течение 13 миллисекунд.

Офтальмолог может изучить движения внутри вашего глаза, известные как внутриглазные движения, используя высокоскоростную кинематографию, чтобы узнать больше о том, как быстро работают ваши глаза.

В наши дни даже смартфоны могут запечатлеть эти тонкие движения с помощью замедленного видео. Эта технология позволяет телефону делать больше снимков за меньшее время.

По мере развития технологий эксперты могут продолжать расширять диапазон возможностей человеческого глаза.

С какой частотой на самом деле видит человеческий глаз

Человеческий глаз не является искусственным устройством. Поэтому ни один ученый не может точно определить, сколько кадров в секунду воспринимают глаза человека. Для каждого человека данные различаются в зависимости от степени развития головного мозга и глазных яблок, скорости передачи нервного импульса, остроты зрения.

На самом деле органы зрения человека видят не чередующиеся кадры, а изображение целиком. Глаза воспринимают кадры только если смотришь фильм. Окружающая действительность видится человеку следующим образом:

• в результате изменения изображения в процессе перемещения человека, сколько бы кадров в секунду ни формировалось, изображение для него не изменится;
• глаза лучше воспринимают предметы, если они движутся быстро и резко;
• если перед глазами человека находится движущийся объект, то чем больше кадров в секунду, тем лучше восприятие.

Именно благодаря вышеперечисленным факторам можно сказать, что человек видит изображение с FPS гораздо больше, чем 24 кадра в секунду. Насколько четко движущиеся объекты будут отображаться в мозгу человека, зависит от здоровья органов зрения. Если острота зрения снижается, изображение будет размытым. При 100% зрении для одного человека фильм содержащий не 24, а 60, 100 FPS будет намного лучше.

На него влияет не только количество кадров в секунду, но и следующие факторы:

• амплитуда смены кадров;
• резкость перехода к разным цветам;
• время, необходимое для одного кадра.

Вы можете вставить 100 разных кадров и быстро их пролистать. Человек в это время будет ощущать дискомфорт, так как вышеперечисленные параметры не соблюдены. Неприятное ощущение формируется из-за того, что органы зрения человека пытаются воспринимать каждый кадр отдельно, так как они не связаны между собой. Субъект испытывает боль в глазах и голове. Если у человека эпилепсия, начнется припадок.

Выявлено, что человек может отчетливо воспринимать 120-150 кадров в секунду. Количество может увеличиться, но восприятие ухудшится. Это значит, что до 150 кадров человек прекрасно распознает изображение.

Если они увеличиваются, это вызывает неприятные ощущения в глазах, неприятные ощущения. При этом считается, что при высокой частоте кадров в секунду отображается большое количество изображений, человеческий глаз без проблем их распознает. Но даже если вы не видите изменения кадра, ваш мозг все равно его воспринимает.

Научное обоснование

Ученые показали, что при частоте кадров 24 раза человек воспринимает не только общую картинку на мониторе, но и на подсознательном уровне отдельные кадры. Для разработчиков игр эта информация стала стимулом проводить дополнительные исследования возможностей человеческого зрения. Удивительно, но человеческий глаз может воспринимать видео со скоростью 60 кадров в секунду и более. Способность воспринимать больше изображений увеличивается, когда вы фокусируетесь на чем-то. При этом человек способен воспринимать до ста кадров в секунду, не теряя смысловой нити видеоизображения. А в случае рассеяния внимания скорость восприятия может упасть до 10 кадров в секунду.

Отвечая на вопрос, сколько кадров в секунду видит человеческий глаз, можно смело называть цифру 100.

Как проводят исследования?

Постоянно проводятся эксперименты в области выявления возможностей органов зрения человека, и ученые не собираются останавливаться на достигнутом. Например, проводится такой тест: контрольная группа людей просматривает предложенные видеоролики с разной частотой кадров. Кадры с каким-то дефектом вставляются в определенные чанки через разные промежутки времени. Они представляют собой какой-то лишний предмет, не вписывающийся в общую схему. Это может быть быстро движущийся летающий объект. Во всех группах более 50% испытуемых замечают летающий объект. Это обстоятельство не вызвало бы столько удивления, если бы не было известно, что данное видео демонстрировалось с частотой 220 кадров в секунду. Конечно, никто не мог разглядеть изображение в деталях.

Сколько кадров в секунду в действительности видит глаз

Человеческое зрение — это не дискретная система, возможности которой можно описать простыми числами. Это можно сказать и о камере: она пишет видео в разрешении 3240х2160 точек, с частотой 60 кадров в секунду. А человеческий глаз видит кадры, только если смотреть на проявленную пленку или цифровую видеораскадровку в редакторе.

Зрительная система воспринимает изображение как единое целое, замечая только его изменения. Поэтому нет конкретной цифры, указывающей на пределы возможностей глаза. Если изображение не меняется, разницы нет, будут меняться 5 кадров, 25 или 250 в секунду Пределы восприятия во многом зависят от характеристик наблюдаемого объекта. Чем быстрее он движется, чем резче эти движения, тем выше частота среза.

Сравнение 5, 10, 15 и 30 кадров в секунду в медленном изображении

При просмотре видео, в котором человек медленно идет по прямой, глаз не заметит существенной разницы между 24 и 60 кадрами в секунду, так как движения плавные. Если этот человек будет бегать быстро, будет разница, видео с частотой 60 кадров в секунду будет выглядеть намного плавнее и приятнее, чем видео с частотой 24 кадра в секунду. А если этот человек не просто бежит, а зигзагами, перепрыгивая препятствия по пути, то даже разница между 60 и 120 FPS будет заметна, в пользу более высокой частоты кадров.

Сравнение 12, 18, 25 и 60 кадров в секунду в динамическом видео

Вам не нужно далеко ходить, чтобы проверить это. Достаточно запустить на компьютере тяжелую игрушку сначала на низких настройках, чтобы был высокий фпс, а потом на высоких или максимальных, чтобы получить меньше 30 фпс. Вы сразу заметите разницу: в первом случае объекты хоть и будут менее детализированы, но движения гораздо более плавные.

Глядя на разницу между 30, 60 и 100 FPS, можно отчетливо увидеть, что человеческий глаз видит гораздо больше, чем 24 кадра в секунду. Предел, после которого разница становится незаметной, зависит от индивидуальных особенностей зрения, и в случае с видео или игрой это 80-150 кадров в секунду, а иногда и больше.

Неожиданные факты

Не все знают такой интересный факт: эксперименты с отображением видеоизображения на разных частотах начались более ста лет назад, в эпоху немого кино. Для ранней демонстрации фильмов кинопроекторы были оснащены ручным регулятором скорости. То есть фильм проецировался с той скоростью, с которой механик поворачивал ручку, а она, в свою очередь, зависела от реакции публики. Первоначальная скорость немого кино составляла 16 кадров в секунду.

А вот при просмотре комедии, когда зрители проявляли большую активность, скорость увеличивалась до 30 кадров в секунду. Но такая возможность произвольно регулировать скорость отображения могла иметь негативные последствия. Когда владелец кинотеатра хотел заработать больше, он соответственно уменьшал время показа одного сеанса, но увеличивал количество сеансов. Это привело к тому, что постановка фильма не воспринималась человеческим глазом, а зритель остался недоволен. В результате во многих странах на законодательном уровне запретили показ фильмов с ускоренной периодичностью и определили норму, по которой работали киномеханики. А вообще зачем изучают fps и человеческий глаз? Давай поговорим об этом.

Подведем итоги

Ваши глаза и ваш мозг выполняют большую работу по обработке изображений, больше, чем вы можете себе представить.

Вы можете не думать о том, сколько кадров в секунду могут видеть ваши глаза, но ваш мозг использует все визуальные подсказки, чтобы помочь вам принимать решения.

По мере того, как ученые продолжают свои исследования, мы можем узнать больше о том, что могут видеть и понимать наши глаза и мозг.

Источники

• https://droidnews.ru/skolko-vsyo-zhe-kadrov-v-sekundu-sposoben-vosprinimat-chelovecheskij-glaz
• https://impulsa.ru/health/fps-glaza-cheloveka/
• https://dtf.ru/gamedev/3705-skolko-kadrov-v-sekundu-vosprinimaet-chelovecheskiy-mozg
• https://zen.yandex.ru/media/hyperu/skolko-kadrov-v-sekundu-vidit-chelovecheskii-glaz-5c49faef5770a000afcc5a9b
• https://proglazki.ru/interesnoe/skolko-fps-vidit-chelovecheskij-glaz/
• https://FB.ru/article/343306/skolko-kadrov-v-sekundu-vidit-chelovek-stroenie-glaza-i-interesnyie-faktyi