Частота кадров 60 fps

При выборе видеорегистратора приходится обращать внимание на кучу разных параметров. Одна из них — частота кадров, которая обычно обозначается аббревиатурой FPS, frame per second. Так на что же влияет эта характеристика?

Если на коробке видеорегистратора написано, например, 30 fps, то это означает, что он снимает происходящее на дороге с частотой 30 кадров в секунду. Чем выше эта цифра, тем плавнее будет движение объекта в кадре. Для видеорегистратора эта величина критична, потому что при съёмке с низким fps движения на видео будут «рваными», и объекты будут как-бы перескакивать с кадра на кадр как в старых советских мультфильмах. Учитывая то, что дорожная обстановка, порой, меняется буквально в доли секунды, становится понятно, что величина fps — крайне важный параметр для видеорегистратора.

Большинство видеорегистраторов снимает с частотой 30 кадров в секунду, но самые передовые модели могут похвастаться величиной в 60 fps, что делает снимаемые ролики очень плавными и правдоподобными. Для обработки видео такого качества необходим мощный процессор, такой, как, например, Ambarella A7L70, которым оснащаются видеорегистраторы NEOLINE Вот пример видео, снятого с частотой 60 fps. Как говорится, почувствуйте разницу!

Каждый из вас сталкивался с проблемой, когда игры на вашем компьютере начинали тормозить, и счастливый тот человек, у которого есть на руках деньги на новое железо. Сегодня постараемся разобраться какую «Частоту кадров»(далее FPS) можно считать достаточной, и насколько большую частоту кадров может различить человек. Что такое «Золотой стандарт» и для чего он нужен именно вам?

Большинство из вас понимает частоту кадров, как количество сменяемых изображений за одну секунду видеопотока.

Все просто.

Какую максимальную частоту кадров может различить человек?

Взаимодействие монитора и видеокарты

Для начала важно донести до вас два простых понятия.

Частота кадров/FPS(англ. Framerate, далее FPS) — количество кадров обработанных вашей видеокартой за секунду. Это абсолютно хаотичная величина, которая зависит от ваших текущих задач, мощности видеокарты, загруженности сцен, общего обслуживания компьютера и т.д. За короткий промежуток времени в одной и той же игре частота кадров может сильно разниться, может быть как высокой, так и низкой.

Нагружаем сцену, и наши FPS тают на глазах.

Чем же так важен высокий показатель FPS ? Дело в том, что при низком показателе FPS картинка станет дерганой, и мы не сможем увидеть плавные движения или отдельно взятые изображения.

При постоянном FPS можно посчитать время обработки одного кадра : при 30 FPS — 33 миллисекунды, при 60 FPS — 16 миллисекунд. Можно сделать вывод : двукратное увеличение FPS требует двукратного увеличения скорости обработки одного кадра.

Частота обновления монитора(англ. Refresh rate) — частота с которой ваш монитор обновляет все свои пиксели. И в отличие от FPS, частота обновления монитора (далее «герц», потому что так проще и короче, не придавайте слову «герц» особого значения) фиксированная, другими словами постоянная. Если ваш монитор с 60 герцами, раз в 1секунда/60герц =16.6 миллисекунд происходит мерцание экрана и смена кадра. Вы должны помнить наблюдение из детства, а у кого-то из юношества, когда мы направляли первые телефоны с камерой на телевизоры оснащенные электронно-лучевой трубкой. Вы видели мерцание, в наших ЖК-мониторах тоже самое, но мы это не замечаем. Из этого мы делаем вывод, что частота кадров и «герцы» не на одной волне. И когда монитор производит смену кадра он выводит то, что у него в данный момент в «буфере». Буферной зоной назовем место, где монитор хранит готовый кадр на вывод(на деле технология может отличаться, но суть та же).

Для примера взаимодействия мы возьмем монитор с частотой 60 Гц.

Рассмотрим 3 случая

1. Среднее количество FPS не превышает вашу частоту монитора 60 Гц.

Читайте также:  Диапазон воспроизводимых частот какой лучше для наушников

В период между мерцаниями вашего монитора источник-видеокарта направляет в буфер не больше одного кадра. Чем сильнее будет проседать FPS, тем чаще мы будем сталкиваться с тем, что обновление монитора не обновляет кадр.

После того как ваш кадр отрендерится, он моментально отправляется с видеосигналом в буфер. Когда настает время, наш герц выводит содержимое буфера на экран.

2. Среднее количество FPS превышает вашу частоту монитора 60 Гц.

Здесь уже посложнее, количество FPS на одно мерцание монитора.(далее — вычислительный отрезок)

Другими словами Хаос с большей буквы. Ваша видеокарта успевает отправить больше одного кадра на одно мерцание монитора.

Проиллюстрирован случай, когда вы имеете 300+ FPS. В период между обновлением монитора источник-видеокарта успевает отрендерить больше 5 кадров. За это время все эти кадры приходят в буфер, и каждый новый вытесняет предыдущий, и этот предыдущий исчезает из цифрового поля. Помимо этого, есть один очень интересный момент: настал момент монитору обновиться, а в это же время в буфер приходит информация о новом кадре, таким образом, монитор начинает выводить информацию двух разных кадров. Последствия для вас — разрыв экрана.

Как же избежать этих «разрывов» ? Существует несколько технологий синхронизации кадров с частотой обновления монитора, другими словами, эти технологии помещают FPS и герцы на одну волну.

3. Включена вертикальная синхронизация.

Хаосу тут не место. Ваша видеокарта рендерит кадр под обновление монитора.

На видеокарте существует «регулировщик», который знает частоту обновления монитора и рендерит только 1 кадр на 1 герц.

Технология горизонтальной синхронизации от NVIDIA. В монитор встраивается чип, который заставляет монитор обновится, когда придет новый кадр(в пределах своей частоты обновления). Тут все слишком хорошо и скучно, чтобы про это говорить 🙂

Плюсы и минусы вертикальной синхронизации

Плюсы
• Пропадают разрывы изображений.
• Видеокарта работает не на полную мощность, тем самым понижая свою температуру и уменьшая уровень шума.

Минусы
• Снижение частоты кадров до частоты монитора. Но вы же вроде не можете увидеть больше кадров на 60 гц мониторе?
• Повышение отклика всех ваших действий в игре. Почему? Попробую и это вам объяснить.
• Ваш «регулировщик» на видеокарте, так же как и остальные ее элементы потребляет вычислительные ресурсы. Значит на обработку кадров их остается меньше.
• Перед включением вертикальной синхронизации, убедитесь что вы имеете «запас» по FPS. Если видеокарта не сможет осилить требуемый FPS, она опустит его до следующего кратного значения. В нашем случае — 30 FPS, а никто не хочет играть с 30 FPS, если вы не «консольщик», о них чуть позже.

Имеет ли смысл иметь 75, 90, 120 FPS в играх при 60 Гц мониторе?

Вы только что прочитали про взаимодействие монитора и видеокарты, и, скорее всего, решили для себя, включу эту «вашу синхронизацию» и бед не буду знать. И здесь есть свои тонкости.

Встречали ли вы людей, которые утверждали вам, что мало видят разницу между 60 и 120 FPS, а даже видят ее на 60 Гц мониторе? Да они умом тронулись. Или нет? Находясь рядом с игроком и смотря как он играет, разницу вы не увидите. Но все меняется если вы и есть игрок, который взаимодействует с игровым миром.

Перед нами три герца. Между ними 2 вычислительных отрезка, в одном из которых произошло событие спустя 12 миллисекунд после обновления монитора.
Красная линия это игровой «тик»(момент), причем неважно какой именно. Это может быть первый кадр взрыва гранаты, вы можете одним тиком повернуть камеру, зажжется свет. Абсолютно неважно!

Как мы помним, монитор обновляется каждые 1000миллисекунд/60 = 16.66 миллисекунд. В первом случае мы не знаем, успел ли кадр отрендериться тогда, когда уже произошел наш «тик».

Читайте также:  Какие есть карты кроме гугл и яндекс

Но во втором случае, мы ясно видим, что последний отрендеренный кадр появился уже после «тика», поэтому он содержит информацию о нем. И мы через 16.66/5 ≈ 3.33миллисекунды увидим наш «тик» на мониторе. В то же время в первом случае кадр пропускает «тик», и мы увидим его только на следующем рендере, а именно через 16.66+(16.66-12) = 21.13 миллисекунд.

Совокупность «тиков» и создает разницу 60 и 120 FPS на 60 Гц мониторе. Объяснить или показать на видео эту разницу невозможно, вам необходимо самостоятельно это прощупать.

Мы проигнорировали все остальные отклики и задержки связанные с компьютерным железом, начиная от отклика мыши и заканчивая скоростью видеосигнала, потому что это неважно. Суть от этого не меняется.

Также я проигнорировал случай с включенной вертикальной синхронизацией, потому что он самый «плохой», т.к. «регулировщик» рендерит и отправляет кадр перед самым обновлением монитора, задержка каждого «тика» будет составлять до 32 миллисекунд, а это задержка кадра как при 30 FPS, надеюсь в 30 FPS вы изъяны видите. Это «второй минус» вертикальной синхронизации из перечисленных мною выше, его очень легко почувствовать если включить/выключить синхронизацию прямо в игре.

Наглядная демонстрация геймплея, при котором происходит очень много наших «тиков», а именно поворотов камеры. Если поводить подобным образом камерой в CS:GO при 60 и 120 FPS на 60 Гц мониторе, и все равно не понять разницу. То постарайтесь не думать об этом, это не ваше 🙂

«Золотой стандарт»

Начнем с того, что никакого «золотого стандарта» не существует. Есть требования игроков с одной стороны, которые в свою очередь могут различаться, и технические возможности разработчиков с другой. Будь у разработчиков возможность выпускать все проекты с миллионами FPS, они бы не стали ее упускать. Все же мы постараемся определить некоторую зону комфорта и плавного изображения.

Разберем несколько случаев.

Xbox One и PS4
На момент разработки этих консолей выбор графической системы пал на близкий аналог Radeon HD 7850. Попробуйте взять эту HD 7850 и что-нибудь исполнить в современных играх. Найдутся игры, которые просядут ниже 30 FPS. Что в таком случае делают разработчики? Уменьшают обсчитываемое разрешение. Возьмите любой последний Assassin’s Creed, обе консоли работают в режиме 900p 30 fps, это еще в самом лучшем случае, нетрудно найти тест на Youtube, когда консоли не могут поддерживать и 30 FPS. Можно ли назвать 30 FPS Золотым стандартом? Нет! Это дно, ниже которого падать некуда.

Пока «хавают», ситуация вряд ли изменится. Главное, чтобы консоли не стали стоить по 1000$.

VR
Виртуальная реальность работает на частоте кадров 90+, в этом случае экран максимально близко к вашим глазам, и низкий FPS будет более заметен, что приведет к утомлению и ухудшению здоровья.

Вернемся к мониторам. Плавность изображения достигается тогда, когда мы не видим переход от одного кадра к другому. К сожалению, тут мы возвращаемся опять к тому, что столько людей, столько разных мнений.

В этой статье моя задача состояла в том, чтобы объяснить вам преимущество 60+ FPS на 60 Гц мониторе.

Рекомендации

От себя оставлю некоторые рекомендации видеокарт для игры на FullHD мониторах. Ниже вы можете ознакомиться с тестами этих видеокарт на нашем сайте.

30 FPS
NVIDIA GeForce GTX 950 сильно превосходит по мощности обе консоли, поэтому пока на консолях играют, вы без дела не останетесь.

60 FPS в этом году
NVIDIA GeForce GTX 1060 показывает отличные результаты в играх при компромиссной цене.

60 FPS в будущих экспериментах от Ubisoft 🙂
NVIDIA GeForce GTX 1070 имеет отличную производительность и сильно выигрывает в цене на фоне «старшего брата».

Читайте также:  Выровнять текст в ячейке в ворде

«Необходимая кадровая частота для создания ощущения плавности движения составляет

16-18 кадров в секунду. Тем не менее, при большей частоте, например, начиная с

50 кадров/сек, изображение заметно становится более плавным и правдоподобным. Это заметно при сравнении на экране телевизора видеозаписи, снятой с большей временно́й дискретностью, и кинофильма. «

>>Человеческий глаз работает со скоростью 24 fps,

то, что для человека достаточно 24 кадра в секунду для просмотра фильмов — вовсе не означает, что это его предел.
Глаз человека фиксирует картинку непрерывно, без кадровых разверток.
На плеере с повышением плавности лично я — разницу вижу.. .

С этим утверждением в корне не согласен исследователь Саймон Кук (Simon Cooke) из Xbox Advanced Technology Group. Он опубликовал аргументированную статью с доказательствами, почему человеческий глаз предпочитает больший фреймрейт.

Ясному ответу на этот вопрос мешает тот факт, что глаз — исключительно сложная конструкция, которая осуществляет предварительную обработку изображения до его передачи в мозг. Это не какой-то аналог камеры, просто фиксирующей изображение. Глаз постоянно изменяет свою чувствительность к цвету, освещению, движению объектов. Во многих случаях воспринимаемая мозгом картина — это иллюзия, специально сконструированная для обмана, а генерация такой картинки осуществляется по сложным и не до конца понятным алгоритмам.

Проведённые эксперименты показывают, что при показе видеороликов с разной частотой кадров люди всегда предпочитают больший фреймрейт, и это правило соблюдается даже на частотах выше 60 fps. Согласно теории Саймона Кука, причина в физической подвижности сетчатки глаза, на поверхности которой и регистрируется изображение. Медицинские исследования показали, что глаз совершает непроизвольные колебания (микротремор) со средней частотой 83,68 Гц, изменяя положение сетчатки на 150-250 нм. Это расстояние примерно соответствует размеру 1-3 фоторецепторов в сетчатке.

Микротремор глаза позволяет зарегистрировать одну и ту же сцену с двух слегка различных позиций. Это помогает чётче определить края объектов, что было жизненно важным для наших предков.

Если это правда, то получается, что глаз как бы искусственно повышает детализацию изображения перед отправкой мозг (upsampling), прямо как это делают компьютерные видеокарты.

Учитывая эту особенность, становится понятной польза от повышения частоты кадров. Частота кадров почти всегда ниже, чем частота микротремора (83,69 Гц). Поэтому чем больше кадров в секунду мы показываем, тем больше дополнительной информации извлечёт глаз.

Нужно учитывать ещё и то, что повышение фреймрейта с 30 fps до 40 fps субъективно воспринимается как более заметное, чем повышение с 40 fps до 60 fps.

Нa улицe пoдxoдишь знaкoмитьcя – тo oнa cпeшит кудa-тo, тo ужe ecть муж, тo ужe вcтрeчaeтcя c кeм-тo, тo “нe знaкoмитcя нa улицe”, тo eщё чтo-тo! Сплoшнoй гeмoррoй. Дa и caм eщё рaccтрaивaeшьcя пoлучив oткaз. Пaдaeт caмooцeнкa.. Пoпрoбoвaл в интeрнeтe. Тoжe фигня кaкaя-тo.

У мeня ecть друг. Он бoитcя нa улицe c дeвушкaми знaкoмитьcя. Прямo дo пaники, чуть ли нe в штaны нaклaдывaeт и нaчинaeт зaикaтьcя. Сaмoe зaбaвнoe, дeвушeк мeняeт чaщe мeня. Я у нeгo cпрocил кaк у нeгo этo пoлучaeтcя. Он рaccкaзaл чтo знaкoмитcя тoлькo нa oднoм caйтe. Тaм мoжнo cрaзу вoзрacт дeвушки выбрaть. А oни – тeбя. Хoчeшь – мoжнo зрeлую нaйти, xoчeшь – мoлoдую. Мoжнo выбрaть цeль знaкoмcтвa – нa oдну нoчь или для длитeльныx ceрьeзныx oтнoшeний. Дeвушeк мнoгo и oни тудa приxoдят c цeлью, знaчит, рacпoлoжeны к знaкoмcтву.

Я зaпoлнил aнкeту. Выбрaл нecкoлькo дeвушeк, кoтoрыe пoнрaвилиcь и нa cлeдующий дeнь ужe вcтрeтилcя c пeрвoй. Нe ocoбo удaчнo. Нo co втoрoй пoвeзлo. Зa нeдeлю ужe вcё зaвязaлocь. Еcли пoнимaeшь o чeм гoвoрю))