Сколько кадров в секунду видит человеческий глаз?

Немного о строении глаза

Сетчатка глаза состоит из своеобразных палочек и колбочек, которые по-разному воспринимают информацию, однако совмещают её в единое целое.

Палочки почти не чувствуют цветовых различий, однако способны быстро улавливать смену изображения. С этой точки зрения fps палочек довольно высок.

Колбочки, напротив, отлично различают цвета, однако делают это с меньшим fps, чем палочки.

Совместно палочки и колбочки составляют фоторецепторы глаза, которые отвечают за целостность просматриваемого изображения.

Задача вычисления максимального fps, воспринимаемого человеческим глазом, усложняется неравномерным распределением фоторецепторов на сетчатке глаза. В центре количество различных рецепторов примерно одинаково, а вот ближе к краям сетчатки преобладают палочки.

Такое строение имеет логичное обоснования с точки зрения природы. Ещё в те времена, когда нужно было постоянно охотиться, чтобы добыть пищу, человеку необходимо было хорошо улавливать движение боковым зрением. Для этого fps глаза по краям сетчатки увеличено природой естественным образом.

Если же брать во внимание прямой взгляд, то значение будет иметь только общее fps фоторецепторов, расположенных по центру сетчатки глаза.

Результаты ранних исследований

Десятки учёных на протяжении множества лет изучали этот вопрос. В итоге были выведены минимальные, максимальные, а также средние значения fps, которые нормально воспринимаются человеческим глазом.

Строение человеческого глаза таково, что он «запрограммирован» видеть не отдельные кадры, а картинку в целом. То есть даже если показывать человеку по 1 кадру в секунду в течение длительного промежутка времени, то он станет воспринимать не отдельные изображения, а общую картину движения.

Однако такое fps довольно низкое и создаёт стойкое ощущение дискомфорта. К этому выводу пришли кинематографисты ещё во времена немого кино. Именно тогда частота кадров в секунду была равна 16. Если сравнить немое кино с современными картинами, то будет видна явная разница – возникнет ощущение замедленной съёмки.

В современных картинах признан общемировой стандарт 24 кадра в секунду. Это fps, в котором человеческий глаз видит общую картину во вполне комфортных условиях. Но является ли это пределом?

Современные значения fps

Казалось бы, если 24 кадра в секунду достаточно для глаза, то есть ли практический смысл добиваться большего? Оказывается, есть. Сегодня в этом может убедиться каждый обладатель компьютера, который хоть раз играл в какую-либо динамическую игру.

При fps равном 24, человеческий глаз видит не только общую картину на экране монитора, но и отдельные кадры.

Вот тут-то и пришлось разработчикам игр поусердствовать, чтобы выяснить, какие же значения оптимальны в этом контексте.

Более современные исследования показали, что человеческий глаз видит и воспринимает изображения со скоростью до 60 кадров в секунду!

В этом случае все движения на экране монитора получаются наиболее плавными и реалистичными.

Новейшие исследования

Как известно, большинство учёных – это люди, которые не останавливаются на достигнутых результатах и проводят всё новые и новые тесты и эксперименты. Учёные-исследователи возможностей человеческого глаза не являются исключением.

Тесты проводятся следующим образом: группе людей предлагается просмотреть несколько видеозаписей с различной кадровой частотой. В некоторые из них в различные промежутки времени добавляются кадры с дефектом – на них изображено что-то лишнее, не вписывающееся в общую картину. Так, например, группе испытуемых показывали видео, дополненное летящим объектом.

Более половины участников эксперимента сумели заметить этот объект. Такой результат не вызывал бы удивления, если бы не одно «но» – fps видео составляло 220 кадров в секунду! И, хотя никто не смог рассмотреть, что же именно было изображено, сам факт отрицать невозможно – человеческий глаз может заметить отдельное изображение на скорости 220 кадров в секунду.

Интересные факты

Оказывается, во времена первых фильмов, кинопроекторы оснащались ручным стабилизатором скорости. Специально обученный человек крутил ручку такого кинопроектора, и именно от него зависела скорость смены кадров в фильме.

Если изначально скорость составляла 16 кадров, то потом люди начали произвольно изменять её в зависимости от поведения публики. При показе комедийного изображения и высокой активности зрителей fps увеличивали до 20-30.

Но это повлекло за собой и негативные последствия. Во время окончания Первой мировой войны владельцы кинотеатров нуждались в повышении прибыли и прокручивали фильмы на высоких скоростях, сокращая итоговую длительность одного сеанса и увеличивая количество сеансов. Это приводило к тому, что некоторые картины попросту не воспринимались человеческим глазом. В итоге правительства некоторых стран издали законы, в которых ограничивалась максимальная частота прокрутки кадров.

Актуальность

На практике увеличение значения fps помогает «сгладить» изображение – создать эффект непрекращающегося движения.

Актуальность подбора значений обуславливается целью применения эффекта сглаживания.

1. Кинематограф. Для просмотра видео стандартных форматов самым комфортным считается fps в 24 кадра в секунду – именно такую скорость предлагают кинотеатры, любительские видеозаписи и современные мультфильмы;
2. Формат IMAX. Это новый широкоформатный кинематограф, который можно встретить в крупных городах. На данном этапе развития кинематографа он создаёт максимальный эффект погружения в виртуальную реальность. Усилить его могут только экраны с поддержкой 3D изображения. Хотя стандартная частота кадра таким системам вполне подходит, новейшие фильмы для таких экранов создаются с fps, равным 48 кадрам в секунду;
3. Компьютерные игры. Для достижения максимальной реальности изображения используют стандартную частоту – 50 кадров в секунду. В зависимости от скорости Интернет-соединения, загруженности серверов, а также ряда других факторов, частота эта может меняться как в большую, так и в меньшую сторону.

Применение больших частот на данном этапе развития техники просто не имеет смысла, хотя время от времени и практикуется специалистами в различных областях.