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我们的肉眼每秒钟能捕捉多少画面?
2017-02-01 18:05:51  出处:电脑王  作者:vermilion 编辑:Ruskin   点击可以复制本篇文章的标题和链接

越来越多的玩家开始注意帧数的议题,像是每秒有几帧、帧数是否稳定、掉帧的幅度有多大等等。然而比起游戏帧数,我们也该关注肉眼对帧数的接受度。人类的肉眼每秒能够捕捉多少画面?肉眼与帧数之间有着什么样的关系呢?

某些玩家习惯将帧数显示在画面角落,掌握游戏全程的帧数,一旦帧数出现任何异常,就开始感到焦虑,想要关掉占用资源的常驻程序,或是抱怨开发商没有将游戏优化。网络上有一派人认为60帧才是王道,另一派人觉得30帧就堪用了,大家对帧数都有自己的看法。

人类对帧数的感觉非常主观,而且不怎么精确。我们可以感知一定范围内的帧数,却无法凭肉眼算出精确的帧数。你该怎么分辨30Hz与60Hz的画面?你能够区分60Hz与120Hz的不同吗?你能够观察到多细微的帧数变化?游戏帧数到底该设定为多少,才能够达到最佳视觉效果?

我们的肉眼每秒钟能捕捉多少画面?
↑↑↑肉眼可以感知帧数,但是必须用程序才能算出正确帧数

上面这些问题的答案不一而足,就算是专业的视觉学家或眼科医师,也不见得可以提出一套公认的满意答案。每个人的肉眼构造不同,视觉认知也不尽相同。眼前的景象是一回事,神经运作与大脑解析又是另外一回事。人类的视觉与感知能力既奇特且复杂,其运作原理还经常与我们的预期大相径庭。

外界的影像藉由光线反射,投射在我们的视网膜上。这些影像会被解析成信息,然后透过神经传入大脑,大脑再以极快的速度处理这些信息。一连串过程精巧绝伦,其原理足以写满好几本书。

我们的肉眼每秒钟能捕捉多少画面?
↑↑↑PS4版的《最后生还者》提供60FPS与高画质30FPS两种显示模式

“你无法只经由一个细胞,或是一个神经元,来预测整个视觉系统的运作。”美国圣若瑟大学的心理学教授,研究领域为视觉系统的乔登.迪隆(Jordan DeLong)指出,”要感知一件单纯的事物,像是一条线的宽度,或是两条线的对齐程度,用一个神经元来处理就绰绰有余。可是若要感知整个视觉影像,通常必须动用成千上万的神经元。比起单一神经元,大脑可以对事物做出更具体的认知。”

某些人,如电竞选手与球类运动选手,其视觉格外敏锐。”若你与玩家共事,就等于和眼力超群的怪咖打交道。”迪隆表示,”视觉的感知能力可藉由后天训练获得,动作游戏就很适合用来训练视觉。”

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↑↑↑电竞选手的视觉比常人更灵敏

“电子游戏很特别,因为电子游戏几乎可以全方位锻炼视觉感官,包含了敏感性、注意力,以及对象追踪能力。”主修认知科学的艾迪恩.肖邦(Adrien Chopin)这么表示。事实上,某些游戏还被拿来做为视觉疗法呢。

想深入了解肉眼与帧数的关系,就必须先认识频闪频率(Flicker Frequency)。大部分的人可以感知每秒50次至60次,也就是50Hz至60Hz的频闪。一般人在注视60Hz的LED光源时,若试着摇晃光源,或是摇晃自己的脑袋,就可以察觉频闪的影响:看见影像产生类似水波纹的晃动,以及程度不一的闪烁。

某些研究证实,部分战斗机驾驶员可以感知高达250Hz的频闪。

“想象一下,你眼前有一个持续闪动的光源。”印第安纳大学的心理与大脑科学系的教授,托马斯.波西(Thomas Busey)表示,”该光源先是发光一段时间,然后熄灭很长一段时间,如此周而复返,发光与熄灭的时间长度比约为1比10。如果该光源的频闪频率够高,人们就会认为该光源持续发亮,而看不出有任何闪烁。”

我们可以用另一个例子来做说明:照相机以极快的快门拍下连续影像,再依序将影像照顺序播放,每一张影像之间相隔一小段期间。如果影像间的相隔时间够短,我们就会看到一段平顺的影片,反之就是看到不甚协调的一连串影像,就像是在观赏幻灯片。

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↑↑↑中心窝位于眼球底部,黄斑部的中央位置

值得注意的是,坐在椅子上的视觉感受,与走在路上的视觉感受并不相同。”中央窝(Fovea,黄斑部的中央位置)位于视网膜的中心,该部位可以感知到最丰富的影像细节。”迪隆说,”但是中央窝并不适合拿来感知影像动态,理由是过多的信息会干扰我们对动态的感受。如果你坐在椅子上,直盯着正前方的影像,就很难得到客观的动态观察结果。”

相较于眼睛正中央的中央窝,中央周边的位置比较适合观察影像动态。科学家做过实验,将60Hz的影像投射在受测者中央窝以外的位置,许多受测者都指出影像有闪烁的现象。要避免影像闪烁,就得提升画面更新率,当代VR装置总是习惯将更新率向上调整,原因就在这里(Oculus Rift为90Hz,PSVR为120Hz,皆高于一般显示器的60Hz)。

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↑↑↑PSVR的画面更新率为120Hz,目的是避免影像闪烁

所以啰,我们玩游戏的时候(特别是FPS),有必要考虑更多的因素。玩家进行游戏时总是紧盯屏幕,接收丰富的视觉信息,再根据这些信息采取对应行动,利用鼠标与键盘输入指令,如此不断循环。比起精致的材质或逼真的渲染,流畅的画面才是帮助玩家融入游戏的关键。

玩家想要流畅的游戏画面,部分玩家追求更高的帧数,但是帧数应该设定为多少比较好呢?如同先前所言,”流畅”并没有一个绝对的标准,但是我们仍然可以找出一个普遍能够被接受的答案:30帧至60帧之间。

“60帧的视觉效果绝对高过30帧,这点无庸置疑。”波西说,”游戏理论上可以将帧数持续往上加,但是这么做并没有任何实质意义。就算开发商将帧数设为120帧,甚至是180帧,其视觉感受并不会比60帧来得好。”

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↑↑↑FPS强调反应速度,所以玩家对帧数要求较高

“我的一贯看法是,当帧数冲上200帧,画面的动态就会十分接近现实世界的动态。”迪隆指出,”根据我的观察,极少数的人可以察觉90Hz的画面。帧数达人可能有办法指出高帧数的差异。然而对大部分的人来说,红酒再怎么看仍旧是红酒。”

肖邦对游戏帧数的看法与其他人截然不同。”根据文献的资料,我们无法分辨高于20Hz的画面。”肖邦说。肖邦的说法可能让你把嘴里的咖啡喷出来,可是他的解释还挺有说服力的。

肖邦认为,FPS的玩家不断重复做两件事:追踪多重目标,以及侦测小对象的动态。根据研究结果,如果要对对象进行动态侦测,该对象的理想时间频率应该是在7Hz至13Hz之间。如果超过这个范围,玩家对对象的敏感度就会明显下滑。

我们的肉眼每秒钟能捕捉多少画面?
↑↑↑拍摄影片得选择分辨率与帧数

“当你想进行视觉搜索、进行多重视觉追踪,或是只想单纯推论出对象的动态方向时,由于你的大脑每秒只能处理13张连续画面,所以平均起来,你只能在这几张画面内执行你的动作。”肖邦这么表示。

一份2010年的研究报告指出,根据脑电图的感应资料,我们大脑的活动脉冲呈现稳定的13Hz,还有机会产生频闪观察效应(Wagon Wheel Effect,理应往前转的车轮看起来却在往后转的视觉效果)。我们眼睛所看到的影像,在脑海中可能以相反的顺序进行处理。简单地说就是一句话:我们的大脑无法顺利处理超过13Hz的视觉信息。

“所有的研究都指出,一旦视觉信息超过20Hz,大脑对信息的判读将不会产生任何差异。我们可以将画面设定为24Hz,这是电影的业界标准,可是在我的眼中,这么做没有任何价值。”肖邦说。

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↑↑↑频闪观察效应又叫做马车轮效应,是一种视觉相关的奇特现象,轮子逆时针旋转,内轮却以顺时针缓慢旋转

肖邦以大脑的观点来解释帧数的影响,然而他并没有说我们无法察觉20Hz与60Hz的差异。”我们可以看出影像的差异,但是这不代表高帧数有助于进行游戏。”肖邦强调,”24Hz以上的画面没有实质帮助,只能提升我们的感官体验。”也就是说,影像的”有效性”不等于”感受度”。

波西与迪隆等人同意高帧数有助于提升游戏体验,然而他们都不认为帧数代表游戏的一切,肖邦则是认为分辨率比帧数重要得多。

“我们对时间的诠释众说纷纭,对空间的诠释却有近乎具体的共识。”肖邦说。

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↑↑↑对一般人而言,60帧就很堪用了,更高的帧数没有实质意义

迪隆不怎么认同肖邦的见解。他认为分辨率的确有其重要性,却只是视觉成像系统的小环节,只有眼晴正中央的位置(中央窝)才需要在意分辨率。

“我所看过最精采的视觉体验,是利用眼球追踪技术达成的。”迪隆说,”既然要追求分辨率,为何不将这份精力用在眼睛真正需要分辨率的位置呢?”

迪隆认为画面的重点应该是对比率。”一旦我们能够看见真正的全白与全黑,眼前的光景想必会教人赞叹不已。”迪隆说。

我们的肉眼每秒钟能捕捉多少画面?
↑↑↑《血源诅咒》无法冲上60帧乃一大遗憾

看完上面的论述,可以发现大家对帧数的观点莫衷一是,没有一套客观的正确答案。一般人的肉眼可以感知50Hz~60Hz的频闪,较高的画面更新率可以降低频闪的影响。肉眼正中央的位置适合观察影像细节,中央以外的位置适合感受影像动态。肉眼可以分辨画面的帧数差异,然而这不代表帧数和反应时间有实质关联性。

肉眼对帧数的感受十分主观,其观点见仁见智。就算专家学者用科学加以解释,我们也不见得能够接受他们的结论。我们玩家还是专心玩游戏就好,别去争论30帧与60帧的优劣了,追根究底的重责大任就交给专业的人去烦恼吧。

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