Quantos quadros por segundo o olho humano pode realmente ver?

Passei muitos dos meus primeiros minutos em um novo jogo com um contador de taxa de quadros rodando no canto da tela. Eu jogo, hipersensível aos menores problemas, entrando e saindo das configurações gráficas para otimizar, e me preocupo, e otimizo e me preocupo novamente.

Juro que não tenho aquele contador funcionando o tempo todo. Isso não seria saudável, certo? Mas a taxa de quadros é importante para nós. É a medida central pela qual avaliamos nossos equipamentos e as habilidades técnicas de um jogo. E porque não? Um contador de taxa de quadros não mente. Ele relata um número direto e simples. Em um mundo incerto, é algo que podemos apoiar.

Mas você pode ver altas taxas de quadros? Assim começa uma discussão tão antiga quanto os jogos de PC, uma guerra constante e confusa em que o orgulho se choca contra a ciência instável. Mas deixando de lado a raiva da Internet, é uma questão interessante, especialmente porque se relaciona com a forma principal como experimentamos os jogos de computador. O que é a taxa de quadros máxima que o olho humano vê? Quão perceptível é a diferença entre 30 Hz e 60 Hz? Entre 60 Hz e 144 Hz? Depois de que ponto é inútil exibir um jogo mais rápido?

A resposta é complexa e bastante confusa. Você pode não concordar com algumas partes; alguns podem até deixá-lo com raiva. Especialistas em cognição visual e visual, mesmo aqueles que jogam, podem muito bem ter uma perspectiva muito diferente da sua sobre o que é importante nas imagens fluidas exibidas em computadores e monitores. Mas a visão e a percepção humanas são coisas estranhas e complicadas, e não funcionam exatamente como parecem.

Aspectos da visão

A primeira coisa a entender é que percebemos diferentes aspectos da visão de maneira diferente. Detectar movimento não é o mesmo que detectar luz. Outra coisa é que diferentes partes do olho funcionam de maneira diferente. O centro da sua visão é bom em coisas diferentes da periferia. E outra coisa é que existem limites físicos naturais para o que podemos perceber. Leva tempo para que a luz que passa pela sua córnea se transforme em informação sobre a qual o seu cérebro possa agir, e o nosso cérebro só consegue processar essa informação a uma certa velocidade.

Ainda outro conceito importante: tudo o que percebemos é maior do que qualquer elemento do nosso sistema visual pode alcançar. Este ponto é fundamental para compreender a nossa percepção da visão.

Você não pode prever o comportamento de todo o sistema com base em uma célula ou um neurônio, disse-me Jordan DeLong. DeLong é professor assistente de psicologia no St Joseph’s College em Rensselaer, e a maior parte de sua pesquisa é sobre sistemas visuais. Na verdade, podemos perceber coisas, como a largura de uma linha ou o alinhamento de duas linhas, menores do que um neurônio individual pode fazer, e isso ocorre porque estamos calculando a média de milhares e milhares de neurônios. Na verdade, seu cérebro é muito mais preciso do que uma parte individual dele.

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Os jogadores... [são] uma população realmente estranha de pessoas que provavelmente operam perto dos níveis máximos [de visão].

Professor assistente Jordan DeLong

E finalmente, somos especiais. Os jogadores de jogos de computador têm alguns dos melhores olhos do mundo. Se você trabalha com jogadores, está trabalhando com uma população muito estranha de pessoas que provavelmente estão operando perto dos níveis máximos, diz DeLong. Isso é porque a percepção visual pode ser treinada, e os jogos de ação são particularmente bons para treinar a visão .

[Os jogos são] únicos, uma das únicas maneiras de aumentar enormemente quase todos os aspectos da sua visão, portanto, sensibilidade ao contraste, habilidades de atenção e rastreamento de múltiplos objetos, disse-me Adrien Chopin, pesquisador de pós-doutorado em ciências cognitivas. Tão bom, aliás, que os jogos estão sendo usados ​​em terapias visuais.

Portanto, antes de ficar bravo com os pesquisadores falando sobre quais taxas de quadros você pode ou não perceber, dê um tapinha nas costas: se você joga jogos com muita ação, provavelmente será mais perceptivo às taxas de quadros do que a pessoa média.

Percebendo movimento

Agora vamos chegar a alguns números. A primeira coisa a se pensar é a frequência de oscilação. A maioria das pessoas percebe uma fonte de luz bruxuleante como uma iluminação constante a uma taxa de 50 a 60 vezes por segundo, ou hertz. Algumas pessoas podem detectar uma leve oscilação em uma lâmpada fluorescente de 60 Hz, e a maioria das pessoas verá manchas tremeluzentes em sua visão se fizerem um movimento rápido dos olhos ao olhar para as luzes traseiras de LED moduladas encontradas em muitos carros modernos.

Mas isso apenas oferece parte do quebra-cabeça quando se trata de perceber imagens fluidas do jogo. E se você já ouviu falar de estudos sobre pilotos de caça nos quais eles demonstraram a capacidade de perceber uma imagem exibida na tela por 1/250 de segundo, também não é exatamente disso que se trata a percepção de imagens suaves e fluidas de jogos de computador. . Isso é porque os jogos produzem imagens em movimento e, portanto, invocam sistemas visuais diferentes daqueles que simplesmente processam a luz.

Por exemplo, existe uma coisa chamada Lei de Bloch . Basicamente, é uma das poucas leis da percepção, disse-me o professor Thomas Busey, chefe do departamento associado do Departamento de Ciências Psicológicas e do Cérebro da Universidade de Indiana. Diz que existe um compromisso entre intensidade e duração num flash de luz que dura menos de 100 ms. Você pode ter um nanossegundo de luz incrivelmente brilhante e parecerá o mesmo que um décimo de segundo de luz fraca. Em geral, as pessoas não conseguem distinguir entre estímulos curtos, brilhantes e longos e fracos dentro de um décimo de segundo, diz ele. É um pouco como a relação entre a velocidade do obturador e a abertura de uma câmera: ao deixar entrar muita luz com uma abertura ampla e definir uma velocidade do obturador curta, sua fotografia ficará tão bem exposta quanto uma tirada, deixando uma pequena quantidade de luz com uma abertura estreita e definindo uma velocidade do obturador longa.

Mas embora tenhamos dificuldade em distinguir a intensidade dos flashes de luz com menos de 10 ms, podemos perceber artefactos de movimento incrivelmente rápidos. Eles têm que ser muito específicos e especiais, mas você pode ver um artefato a 500 fps se quiser, diz DeLong.

A especificidade está relacionada à maneira como percebemos os diferentes tipos de movimento. Se você estiver sentado quieto e observando as coisas à sua frente se movendo, é um sinal muito diferente da visão que você obtém quando está caminhando. Eles se concentram em lugares diferentes, diz DeLong. A parte intermediária da sua visão, a região foveal, que é a mais detalhada, é na verdade um lixo quando se trata de detectar movimento, então se você estiver observando coisas em movimento no meio da tela, não é grande coisa qual é a taxa de atualização; você não pode ver com essa parte do olho.

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Mas na periferia dos nossos olhos, detectamos movimento incrivelmente bem . Com uma tela preenchendo sua visão periférica e atualizando a 60 Hz ou mais, muitas pessoas relatarão que têm a forte sensação de que estão se movendo fisicamente. Em parte, é por isso que os headsets VR, que podem operar na visão periférica, são atualizados tão rapidamente (90 Hz).

Também vale a pena considerar algumas das coisas que fazemos quando jogamos, digamos, um jogo de tiro em primeira pessoa. Controlamos continuamente a relação entre o movimento do mouse e a visão em um ciclo de feedback motor perceptivo, navegamos e nos movemos pelo espaço 3D e também procuramos e rastreamos inimigos. Portanto, estamos continuamente atualizando nossa compreensão do mundo do jogo com informações visuais. Busey diz que os benefícios de imagens suaves e rapidamente atualizadas vêm da nossa percepção de movimento em grande escala, e não de detalhes finos.

Mas quão rápido podemos perceber o movimento? Depois de tudo que você leu acima, você provavelmente pode adivinhar que não há preciso respostas. Mas existem algumas respostas definitivas, como esta: você pode perceber com certeza a diferença entre 30 Hz e 60 Hz.

Quais taxas de quadros podemos realmente ver?

Certamente 60 Hz é melhor que 30 Hz, comprovadamente melhor, diz Busey. Portanto, essa é uma reivindicação da Internet anulada. E como podemos perceber o movimento a uma taxa mais alta do que uma fonte de luz tremeluzente de 60 Hz, o nível deve ser mais alto do que isso, mas ele não suportará um número. Se isso atinge um patamar em 120 Hz ou se você obtém um aumento adicional de até 180 Hz, eu simplesmente não sei.

Acho que normalmente, quando você ultrapassa os 200 fps, parece um movimento normal da vida real, diz DeLong. Mas, em termos mais regulares, ele sente que a queda na capacidade das pessoas de detectar mudanças na suavidade de uma tela fica em torno de 90Hz. Claro, os aficionados podem perceber pequenas diferenças, mas para o resto de nós é como se vinho tinto fosse vinho tinto.

Chopin encara o assunto de maneira muito diferente. Está claro na literatura que você não pode ver nada além de 20 Hz, ele me diz. E embora eu admita que inicialmente cheirei meu café, seu argumento logo começou a fazer muito mais sentido.

Certamente 60 Hz é melhor que 30 Hz, comprovadamente melhor.

Professor Thomas Busey

Ele me explica que quando procuramos e categorizamos elementos como alvos em um jogo de tiro em primeira pessoa, rastreamos vários alvos e detectamos o movimento de pequenos objetos. Por exemplo, se você fizer a detecção de movimento de um objeto pequeno, qual é a frequência temporal ideal de um objeto que você pode detectar?

E estudos descobriram que a resposta está entre 7 e 13 Hz. Depois disso, nossa sensibilidade ao movimento cai significativamente. Quando você deseja fazer uma pesquisa visual, ou rastreamento visual múltiplo ou apenas interpretar a direção do movimento, seu cérebro capturará apenas 13 imagens em um segundo de fluxo contínuo, então você fará a média das outras imagens intermediárias em uma imagem.

Descoberto pelo pesquisador Rufin vanRullen em 2010, isso literalmente acontece em nossos cérebros : você pode ver um pulso constante de atividade de 13 Hz em um EEG, e é ainda apoiado pela observação de que também podemos experimentar o ' efeito de roda de carroça ' você obtém quando fotografa imagens de um objeto giratório com raios. Reproduzida, a filmagem pode parecer mostrar o objeto girando na direção oposta. O cérebro faz a mesma coisa, diz Chopin. Você pode ver isso sem uma câmera. Dados todos os estudos, não vemos diferença entre 20 Hz e acima. Vamos para 24 Hz, que é o padrão da indústria cinematográfica. Mas não vejo sentido em ir além disso.

Este artigo é sobre quais taxas de quadros o olho humano pode perceber. O elefante na sala: quão rápido podemos reagir para o que vemos? É uma distinção importante entre jogos e filmes, digna de outro artigo inteiro.

Então, por que os jogos sentir distintamente diferente em 30 e 60 fps? Há mais coisas acontecendo do que a taxa de quadros. Atraso de entrada é a quantidade de tempo que decorre entre a inserção de um comando, esse comando sendo interpretado pelo jogo e transmitido ao monitor, e o monitor processando e renderizando a imagem. Muito atraso de entrada fará com que qualquer jogo pareça lento, independentemente da taxa de atualização do LCD.

Mas um jogo programado para rodar a 60 fps pode potencialmente exibir suas entradas mais rapidamente, porque os quadros são intervalos de tempo mais estreitos (16,6 ms) em comparação com 30 fps (33,3 ms). O tempo de resposta humana definitivamente não é tão rápido, mas a nossa capacidade de aprender e prever pode fazer com que nossas respostas pareçam muito mais rápidas.

O importante aqui é que Chopin está falando sobre o cérebro adquirir informações visuais que pode processar e sobre as quais pode agir. Ele não está dizendo que não podemos notar diferença entre imagens de 20 Hz e 60 Hz. Só porque você pode ver a diferença, não significa que você pode ser melhor no jogo , ele diz. Após 24 Hz você não melhorará, mas poderá ter alguma experiência fenomenológica diferente. Há uma diferença, portanto, entre eficácia e experiência.

E embora Busey e DeLong reconhecessem o apelo estético de uma taxa de quadros suave, nenhum deles sentiu que a taxa de quadros é o princípio e o fim de toda a tecnologia de jogos que talvez tenhamos. Para Chopin, a resolução é muito mais importante. Somos muito limitados na interpretação da diferença no tempo, mas quase não temos limites na interpretação da diferença no espaço, diz ele.

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Para DeLong, a resolução também é importante, mas apenas para a pequena região central do olho que se preocupa com ela, que compreende apenas alguns graus do seu campo de visão. Algumas das coisas mais atraentes que já vi foram o rastreamento ocular. Por que não fazemos a resolução completa apenas para as áreas do olho onde realmente precisamos dela? Mas seu verdadeiro foco está nas taxas de contraste. Quando vemos pretos realmente verdadeiros e brancos brilhantes, é realmente atraente, diz ele.

O que realmente sabemos

Depois de tudo isso, o que realmente sabemos? Que o cérebro é complicado e que não existe uma resposta universal que se aplique a todos.

• Algumas pessoas podem perceber a oscilação em uma fonte de luz de 50 ou 60 Hz. Taxas de atualização mais altas reduzem a cintilação perceptível.
• Detectamos melhor o movimento na periferia da nossa visão.
• A forma como percebemos o flash de uma imagem é diferente da forma como percebemos o movimento constante.
• É mais provável que os jogadores tenham olhos mais sensíveis e treinados quando se trata de perceber mudanças nas imagens.
• Só porque podemos perceber a diferença entre as taxas de quadros não significa necessariamente que a percepção afeta nosso tempo de reação.

Portanto, não é um assunto claro e, além de tudo isso, temos que considerar também se nossos monitores são realmente capazes de produzir imagens nessas altas taxas de quadros. Muitos não ultrapassam 60 Hz, e Busey questiona se os monitores anunciados em 120 Hz realmente exibem tão rápido (de acordo com alguns testes seriamente aprofundados em TFTCentral , eles certamente fazem). E como alguém que também gostou de jogos a 30 fotogramas por segundo (e muitas vezes menos) renderizados pelas minhas consolas, posso relacionar-me com eles, sugerindo que outros aspectos das exibições visuais podem conectar-se melhor com a minha percepção visual.

Por outro lado, eu adoraria ouvir das equipes profissionais suas experiências objetivas com a taxa de quadros e como isso afeta o desempenho dos jogadores. Talvez corroborem ou contradigam o pensamento atual da ciência neste campo. Se os jogadores são tão especiais quando se trata de visão, talvez devêssemos ser os únicos a liderar uma nova compreensão dela.