¿Cuál es la tasa de FPS de nuestros ojos? ¿Es esa la tasa de FPS más alta que podemos alcanzar en un videojuego?

El FPS de nuestros ojos es casi infinito, o inmensamente alto.

¿Qué son realmente los FPS? Fotogramas por segundo: la cantidad de imágenes de un entorno digital que una computadora puede generar en un segundo. Por lo general, varía de 30 a 60 imágenes renderizadas por segundo.

Sin embargo, el concepto de FPS solo tiene sentido cuando se habla de una pantalla gráfica, una salida: la pantalla.

Los ojos humanos no son salidas gráficas, son entradas, más como cámaras, que reciben luz. Por lo tanto, el límite de FPS de las entradas está relacionado con el intervalo de tiempo entre dos fotones detectados por nuestro ojo.

El FPS del ojo humano sería la cantidad de fotones que impactan nuestro ojo por segundo. ¿Cómo se puede calcular esto?

Imagine que alguien está de pie, mirando una pelota rodando por la calle. El valor para el número de fotones que provienen del Sol y son reflejados por la bola al ojo es demasiado complejo para calcularlo. Por lo tanto, por el bien de mi salud mental, simplificaremos esto:

El Sol produjo cierta energía por segundo en todas las direcciones. Una pequeña parte de ella impacta el área expuesta de la pelota a cierta distancia. Una parte de la luz original se refleja en todas las direcciones de la mitad de la bola (aproximadamente el 20% de la luz indicente), luego recorre la distancia entre la bola y el ojo, y cubre el área de la pupila humana. Espero que mi dibujo perfecto lo explique mejor:

¿Lo que necesitamos?

  • Flujo radiante solar: energía (fotones) que emite el Sol en un segundo en la longitud de onda visible. El número total es alrededor de [matemáticas] 10 ^ {45} \, fotones / s [/ matemáticas]. Vamos a estimar que un tercio está dentro del espectro visible: [matemáticas] 1/3 \ veces 10 ^ {45} \, fotones / s [/ matemáticas], debido a la atmósfera y la percepción humana.
  • Distancia bola-Sol, que es casi idéntica a la distancia Tierra-Sol: [matemáticas] 149,6 [/ matemáticas] millones de km, o en notación científica y unidades del SI: [matemáticas] 1.496 \ veces 10 ^ {11} \, m [/matemáticas].
  • La mitad del área de la superficie de la pelota. Para un radio completamente compuesto de [matemática] 11 cm [/ matemática], y por lo tanto un área de media superficie de [matemática] 4 [/ matemática] [matemática] \ pi r ^ 2 \ veces 1/2 = 2 \ pi r ^ 2 = 0.076 \, m ^ 2 [/ matemáticas]
  • Reflectividad: alrededor del 20%)
  • Distancia ojo de bola: digamos 5 m
  • Tamaño de apertura de la pupila humana: 6–7 mm, o [matemáticas] 6.5 \ veces 10 ^ {- 3} [/ matemáticas].

Ahora, conectando los valores a medida que avanzamos:

  1. Flujo radiante solar: [matemática] 1/3 \ veces 10 ^ {45} \, fotones / s [/ matemática]
  2. Tamaño angular de la pelota desde el Sol: [matemáticas] \ frac {radio} {distancia} = \ frac {0.11} {1.496 \ times 10 ^ {11}} = 7.35 \ times 10 ^ {- 13} \, m [/ matemáticas]
  3. Insolación sobre la pelota (fotones que golpean solo el área angular de la pelota): flujo [matemático] \ veces tamaño = (1/3 \ veces 10 ^ {45}) \ veces (7.35 \ veces 10 ^ {- 13}) = 1.69 \ veces 10 ^ {32} fotones / s / m [/ matemáticas]
  4. Dado que el 20% se refleja: [matemáticas] 1.69 \ veces 0.2 = 0.33 [/ matemáticas]
  5. La luz se refleja desde la pelota hasta los ojos. Las operaciones se repiten.
  6. Tamaño angular de la pupila de la pelota: [matemáticas] \ frac {tamaño} {distancia} = \ frac {0.0065} {5} = 1.3 \ veces 10 ^ {- 5} \, m [/ matemáticas]
  7. Aislamiento de luz reflejada en la pupila: flujo [matemáticas] \ veces tamaño = (0.33 \ veces 10 ^ {32} \ veces (1.3 \ veces 10 ^ {- 5}) = 4.29 \ veces 10 ^ {26} [/ matemáticas ]

Dado que FPS son cuadros por segundo, para que se complete un “cuadro”, cada píxel debe haber cambiado al nuevo cuadro. En este caso, el “marco” es la capa fotorreceptiva del ojo, y el “píxel” es una célula cónica (fotorreceptor) dentro del ojo.

Ahora, hay alrededor de seis millones de células cónicas en un ojo humano [1]. Por lo tanto, divida esa cantidad de fotones por la cantidad de células en el ojo, y el resultado debería ser el “marco” por segundo en el ojo humano, a nivel físico (suponiendo una distribución uniforme de fotones en toda la superficie fotorreceptiva interna). área del ojo, que es;

[matemáticas] \ frac {fotones / s \, incidente \, en \, ojo} {n ^ o \, cono \, celdas \, en \, ojo} = \ frac {4.29 \ veces 10 ^ {26}} { 6 \ veces 10 ^ 6} = 7.15 \ veces 10 ^ 19 [/ matemáticas]

Santa tortuga!

[matemáticas] 7.15 \ veces 10 ^ 19 [/ matemáticas] fotogramas por segundo!

Otros nombres para tal cantidad son [math] 71.5 [/ math] exa-frames por segundo, usando el bonito prefijo SI, o también [math] 71.5 [/ math] quintillion frames por segundo …

En mi opinión, aquellos que usan ese segundo nombre, merecen una muerte abominable.

De todos modos, volviendo al tema! Todo lo que hemos hecho es lo que percibe el ojo humano. Por supuesto, realmente no vemos con tanta velocidad. La capacidad real de percibir el cambio o el movimiento reside en la capacidad del cerebro para procesar una cantidad tan grande de información proveniente de los ojos.

Quiero decir, el cerebro es una gran máquina biológica. Pero está lejos de ser perfecto. La persona normal generalmente omite la gran mayoría de esos 70 quintiles … [matemáticas] 7.15 \ veces 10 ^ 19 [/ matemáticas] marcos, principalmente porque evolucionamos de esa manera.

Piénsalo. ¿Por qué demonios un cerebro humano tendría una frecuencia de actualización de 0.0000000000000000007 segundos? ¡No evolucionamos para esquivar a los depredadores relativistas!

Estudios reales han demostrado que los humanos tienen un “umbral de detección de brechas” promedio (piense en ello como una frecuencia de actualización) de 30 milisegundos (33 fps). Sí, eso parece muy bajo, pero tenga en cuenta que estudiaron con personas de todas las edades. Con los adultos jóvenes, ese valor va mucho más alto; y aún más aquellos que juegan videojuegos o están en el ejército (¡hasta 500 fps!).

Notas al pie

[1] Celda de cono – Wikipedia

Además del comentario habitual de que los ojos realmente no operan en ‘marcos’, repetiré aquí que los ojos y el cerebro de cada persona son diferentes y, dependiendo de varios factores (principalmente la edad), las personas pueden tener un límite de percepción de 22.2 FPS a más de 500 FPS. El adulto joven promedio está atrapado en aproximadamente 55.6 FPS como el límite de percepción, por lo que las pantallas más allá de 60 son una especie de nicho de mercado por naturaleza.

La respuesta de Ryuu Shun Hayashi a ¿Por qué cada jugador quiere 60 FPS cuando el ojo humano no puede procesar más de 30 FPS?

El FPS más eficaz depende del límite de sus ojos personales, la frecuencia de actualización del monitor, la velocidad de fotogramas que su CPU / GPU puede alcanzar y la velocidad de fotogramas de su material fuente.

La única forma de averiguar su límite personal es probar pantallas con velocidades de cuadros cada vez mayores hasta que ya no vea una diferencia.

La velocidad de fotogramas de un videojuego es técnicamente ilimitada en lo que respecta a la velocidad informática real. Cuanto más rápido sea la computadora, más rápido puede generar datos para cada cuadro. El factor limitante real es la velocidad del monitor de la pantalla y la tarjeta gráfica, que es un problema de hardware. No tiene mucho sentido mostrar algo más rápido que 100 FPS, ya que la abrumadora mayoría de los humanos no puede percibir ninguna diferencia entre 100 FPS y velocidades de cuadro más rápidas.

Las células de los bastones y los conos en nuestros ojos pueden responder muy rápidamente a las condiciones cambiantes, pero no son la única medida de la velocidad de percepción porque hay mucho procesamiento posterior en el nervio óptico y en la corteza visual del cerebro antes de nuestra conciencia. las mentes perciben el cambio. Es como la diferencia entre el tiempo que tarda una cámara electrónica en reaccionar y el tiempo que tarda una computadora en procesar la imagen que recibe. La cámara sola puede reaccionar muy rápido, pero la computadora es más lenta.

Hubo una prueba de fuerza aérea donde a los pilotos se les mostraron imágenes (siluetas) de aviones y se les pidió que las identificaran.

Lo más difícil fue que solo se les mostraron las imágenes durante una fracción de segundo.

¿El más rápido? ¡Casi 1/400 de segundo!

Claramente, este enfoque está utilizando el efecto de ‘persistencia de la visión’, pero aún resalta las capacidades de imagen de nuestro ojo. Si esa imagen cambiara, dudo mucho que podamos ver fotogramas individuales (particularmente debido a este efecto PoV).

Como han dicho otros, es REALMENTE difícil ver la diferencia entre 90Hz y 144Hz. Sin embargo, si considera lo anterior, creo que el beneficio que le brindan los monitores en este rango es una ligera ventaja al disparar primero.

Nota: He estado buscando el artículo, pero no lo encuentro y necesito cenar. Puedo intentarlo más tarde. Por favor comente si lo sabe. ¡Gracias!

Como otros han mencionado, nuestros ojos no ven en marcos. Diferentes partes de nuestros ojos tienen diferentes sensibilidades para cambiar: las varillas reaccionan más rápido que los conos. Y luego el procesamiento detrás de los bastones y conos tiene respuestas variables. Las partes del ojo están optimizadas para la resolución, otras partes para dar respuestas rápidas pero crudas a los cambios. Dado que la pantalla no puede (todavía) decir qué parte estamos viendo, tenemos que renderizar toda la pantalla en alta calidad y alta velocidad de fotogramas cuando estaríamos mejor renderizando partes en alta resolución y otras partes de manera cruda pero rápida.

Todo el sistema de visualización de TV es un ejercicio para engañar al ojo usando sus limitaciones conocidas. Una velocidad de fotogramas más alta dará rendimientos decrecientes, y llegará un punto en el que los rendimientos no justifican el costo.

El ojo humano puede ver un promedio de 24 cuadros por segundo (FPS). Pero cuantos más cuadros sean visibles, más suave será la acción en la pantalla. Es por eso que los jugadores quieren jugar con la mayor cantidad de FPS posible. 30 es el mínimo absoluto, 60 deseados por el jugador promedio del día a día. La suavidad es lo que desean. Pero la mayoría no notará la diferencia al superar los 60FPS. Los que lo hacen suelen ser jugadores cuyos ojos han sido entrenados para buscar esa suavidad.

La velocidad de fotogramas más alta dependería del juego. Personalmente, he visto velocidades de fotogramas en los 200, pero debido a que el monitor tenía una frecuencia de actualización menor, los fotogramas reales por segundo eran de aproximadamente 140. Lo que me lleva al siguiente punto. Tiene 500 FPS, pero si la pantalla no actualiza sus cuadros a la misma velocidad, la pantalla básicamente actuará como un cuello de botella, mostrando su velocidad máxima de cuadros. Entonces, sí, su juego está produciendo 500FPS, pero solo 140 (por ejemplo) son finalmente visibles.

Dicho todo esto, las últimas pantallas de consumo tienen una frecuencia de actualización de 240Hz, lo que significa que están limitadas a 240 cuadros por segundo que se muestran al usuario. Tan pronto como aumentemos la frecuencia de actualización de estas pantallas, se podrán mostrar más cuadros. Pero hasta entonces, su dispositivo puede generar 300FPS, pero lo máximo que podrá ver en su pantalla sería 240FPS.

Aquí hay un video bastante bueno (no científico) que muestra la diferencia entre 120 y 240FPS

No se trata de nuestros ojos, sino de cómo nuestro cerebro interpreta la entrada. Diferentes artículos dicen que una persona promedio ve entre 60 y 90 fps, por lo que notará una diferencia por debajo de 60 (como ve la diferencia en 30 fps frente a 60 fps en youtube) y por encima de 90 fps (pantallas de 144 HZ).

Este año, el desgaste de 240Hz se introdujo en el mercado de los juegos. Parece que al igual que con los monitores de juegos 144HZ, no todos notan la diferencia durante la actualización, pero luego notan una diferencia cuando bajan de categoría.

http://gearuptowin.com/240-hz-ne

No hay límite de FPS para nuestros ojos. Las personas pueden notar fácilmente la diferencia entre 30 y 60 FPS, 60 y 144 FPS, 144 y 240 FPS, pero la ley de rendimientos decrecientes se aplica aquí. Entonces, la diferencia entre 144 y 240 Hz es menos notable que entre 60 y 144, que es menos notable que la diferencia entre 30 y 60, que a su vez es menos notable que entre 15 y 30. Pero prácticamente no hay límite para el framerate podemos ver.

Respuesta corta:

Podemos ver cualquier FPS, no es que nos quedamos ciegos viendo 120 fps. Nuestros ojos tienen una capacidad de observación de 30 fps, pero podemos diferenciar claramente entre 30 fps, 60 fps y 120 fps. 120 fps se siente y se ve mucho más rápido y más suave que 30 fps. Pero no hace mucha diferencia.

ヾ (⌐ ■ _ ■) Adios Amigos

Consulte este artículo sobre “umbral de fusión de parpadeo”, que aborda su pregunta desde el punto de vista de la “psicofísica”:

Umbral de fusión de parpadeo – Wikipedia

No vemos el mundo en fps. Las imágenes digitales le dan una sensación de movimiento al mostrar varias imágenes fijas rápidamente. Como un flipbook.

Además, los humanos no pueden ver por encima de 24 fps. / s

En una nota seria, podemos distinguir la diferencia entre 30 fps y 60 fps, pero una vez que entras en regiones de framerates realmente altos (150+) realmente no puedes notar ninguna diferencia.

Según tengo entendido, 30FPS es lo máximo que nuestros ojos humanos pueden procesar a la vez; sin embargo, la mayoría de los videojuegos actualmente funcionan a 60FPS