Jak szybko nasz mózg przetwarza informacje wizualne?

Oko jest z pewnością jednym z najważniejszych narządów umożliwiających nam kontakt ze światem zewnętrznym. Dlatego często u fanów gier wideo, kasyn online takich jak Hit’n’Spin i ogólnie osób zainteresowanych technologią i anatomią pojawia się proste pytanie. Brzmi ono „ile dokładnie FPS rozpoznaje ludzkie oko?”. Miłośnicy biologii, fani technologii, czy też gier wideo od co najmniej dwóch dekad spierają się o to, gdzie leży poprawna odpowiedź na to pytanie.

A problem polega na tym, że taka odpowiedź wcale nie jest taka prosta, gdyż zależy ona od wielu różnych aspektów. Liczne badania teoretyczne i praktyczne wskazują, że 23-24 klatki wyświetlane na sekundę (oznaczane skrótem FPS od angielskiego terminu Frames Per Second) to absolutne minimum, jakie potrzebujemy do oceny ruchu na ekranie jako płynnego. Poniżej tej wartości przeważająca większość ludzi uważa, że widoczny ruch jest rwany lub szarpany, w każdym razie nie jest on płynny.

Ale to jest wartość minimalna, a co z maksymalną? Otóż tutaj sprawa staje się trudna, jako że każdy z nas ma możliwość swojej własnej interpretacji liczby klatek na sekundę. Ale co dokładnie to znaczy? Wskoczmy zatem na chwilę w świat gier wideo oraz filmów i spróbujmy odpowiedzieć na pytanie, ile FPS rozpozna nasz narząd wzroku.

Czym w ogóle jest liczba klatek na sekundę?

Jeśli rozumiesz, jak działa projekcja filmu na ekranie, to wiesz dobrze, że statyczne obrazy tworzące animowaną scenę są obracane w projektorze i wyświetlane kolejno przez oświetlony otwór, w efekcie czego widoczny jest obraz na ekranie, co przy dużej prędkości stwarza wrażenie ruchu. To jest naturalnie opis analogowej metody, ale dobrze obrazuje całą koncepcję.

Szybkość wyświetlania tych obrazów (lub klatek) nazywana jest „klatkami na sekundę” i oznacza zazwyczaj jako FPS w przypadku tradycyjnej kliszy fotograficznej oraz „częstotliwością odświeżania” mierzoną w hercach (Hz) dla cyfrowych filmów i ekranów. W obu przypadkach wartość ta odzwierciedla, jak często nieruchome obrazy mogą zmieniać się na ekranie i im szybciej to się dzieje, tym bardziej realistyczny wydaje się ruch.

Parametr związany z odświeżaniem ekranu

W grach wideo i filmach rozwój technologii spowodował powstanie monitorów i telewizorów cechujących się wysoką częstotliwością odświeżania. Wynika to z tego, że po prostu są to urządzenia wyświetlające na swoich ekranach setki klatek na sekundę, bez pozostałości po poprzednio wyświetlanych obrazów (tak zwanych powidoków).

FPS to ogólnie parametr, za pomocą którego określa się liczbę klatek generowanych i wyświetlanych przez monitor w ciągu jednej sekundy. Gry zazwyczaj wykorzystują ten parametr, aby zareklamować się jako dzieła dysponujące płynną animacją i dynamiczną rozgrywką. Im więcej klatek, tym więcej oczywiście statycznych obrazów w ciągu jednej sekundy. Ale oprócz samej tylko liczby klatek na sekundę liczy się także wartość częstotliwości odświeżania monitora podawana w Hz (hercach). Wartość taka mówi nam, ile razy w trakcie jednej sekundy zmieni się obraz widoczny na ekranie. Czyli na przykład 60 Hz oznacza, że w jednej sekundzie monitor jest w stanie wyświetlić 60 odrębnych obrazów.

Ile FPS widzi ludzkie oko w grach wideo?

Pytanie o liczbę klatek na ekranie i gry wideo, a także o to, jak jest to postrzegane przez nasz narząd wzroku, stało się niezwykle często spotykane ze względu na błyskawiczny postęp i rozwój technologii. Obecnie wiele tytułów gier wykorzystuje zaawansowane rozwiązania zdolne do wyświetlania nawet więcej niż 120 klatek na sekundę. To nowość, ponieważ jeszcze nie tak dawno temu cieszenie się rozgrywką przy 60 klatkach na sekundę oznaczało spory luksus.

Silniki stosowane w grach wideo rozwijają się błyskawicznie, już teraz mają możliwości wręcz niesamowite. Generowanie sceny rozpoczyna najpierw procesor komputera, następnie układ graficzny renderuje samą grafikę i wirtualne obiekty, stosując różne filtry i nakładając odpowiednie tekstury. Cały proces tworzenia poszczególnych klatek wciąż ewoluuje i co chwilę znacząco poprawia możliwości komputerów oraz nowoczesnych konsol do gier.

Jeszcze nie tak dawno te urządzenia ograniczały animację w grach do 30, 50 lub 60 klatek na sekundę, ponieważ wszystkie zasoby były niezbędne zarówno na potrzeby generowania obrazu, jak i obliczeń fizyki w grze oraz obsługi innych funkcji gry. Obecnie wydajność każdego z podzespołów konsoli pomaga zapewnić niesamowite wrażenia z rozgrywki, które można dostrzec w tytułach oferujących animacje mające 120 i więcej klatek na sekundę.

Granice naszego organizmu

Ludzkie oko rozpoznaje ruch jako płynny, a nie jako serię statycznych obrazów począwszy od około 24 klatek na sekundę. Jak stwierdziliśmy już na wstępie, jest to absolutne minimum, jakiego potrzebuje ludzki mózg, aby przeprowadzić cały proces analizy obrazu, w efekcie którego rozpozna go jako płynny ruch. Są jednak osoby mające wyższą zdolność percepcji. A to oznacza, że dla nich nawet animacja o wyższej liczbie klatek nie sprawia wrażenia idealnie płynnej. Ale znajdziemy też takich, dla których nawet niskie wartości, rzędu 15 fps nie stanowią żadnej przeszkody do odbierania takiego obrazu jako płynnego.

Gry typu FPS, czyli strzelanki (First Person Shooting, nie pomyl tego skrótu z liczbą klatek!), to produkcje o dynamicznej akcji, w których bardziej istotna jest duża liczba klatek na sekundę. Wyższa częstotliwość odświeżania ekranu w monitorach pomaga wtedy zapewnić znacznie większą płynność i responsywność gry. Grając przy niższej częstotliwości odświeżania obrazu, animacje na ekranie postrzegalibyśmy jako rwane, szarpane i niezbyt płynne, co utrudnia rozgrywkę.

Znaczenie mózgu w zrozumieniu FPS

Ludzkie oczy to ważny organ odbierający bodźce zewnętrzne, ale samo „widzenie” to jedynie interpretacja docierających do mózgu sygnałów. Co wtedy robi nasz mózg? Otóż światło stale wpada do naszych oczu, a nasza para oczu wciąż pracuje, przesyłając różne odebrane sygnały prosto do mózgu, który następnie przetwarza je, zapewniając efekt głębi, trójwymiarowego widzenia i rozpoznając postrzegane przez nas obiekty.

Oczywiście proces ten wymaga pewnej ilości czasu. Wprawdzie naukowcy nie określili jeszcze maksymalnej prędkości przetwarzania, to jednak wiemy już, że od około 24 FPS można uzyskać wrażenie płynnego ruchu. O tej wartości granicznej warto po prostu pamiętać.