Что такое частота обновления кадров
Что такое «частота кадров в секунду»? 24, 30 и 60 FPS
Разбираемся, от чего зависит и на что влияет кадровая частота в играх, кино и мультипликации.
Кадровая частота (англ. frame rate) — это количество кадров, сменяющих друг друга за секунду. В кино, анимации или видеоиграх термин зачастую используют, чтобы пояснить, насколько изображение получилось «плавным». Единица измерения такой частоты тоже есть — это буквально кадры в секунду (англ. frame per second, или FPS). Чем их больше, тем «плавнее» изображение: если для фильмов норма — 24 кадра в секунду, то в разговорах про игры обычно упоминают цифры от 30 до 60.
Это, впрочем, не предельные значения. Так, в классических мультфильмах Уолта Диснея кадровая частота — 12 FPS, но картинка всё равно достаточно «плавная», чтобы не раздражать зрителей, — всё благодаря приёмам аниматоров. А вот профессиональный киберспортсмен, играя на самом современном компьютере, вполне может увидеть до 300 кадров в секунду. Рассказываем, откуда такой разброс и что в этом «фреймрейте» важного.
Сценарист и копирайтер. Утверждает, что видел все фильмы и прошёл все игры, но редакция отказывается ему верить.
24 кадра в секунду
24 FPS — стандарт в кинематографе. Показатель, наиболее комфортный для зрителя.
Впервые частоту киносъёмки осознанно выбрали пионеры кинематографа — братья Люмьер. Она тогда составляла 16 кадров в секунду. Это был строгий расчёт — расход 35-миллиметровой киноплёнки составлял ровно один фут (0,3048 метра) в секунду.
Во времена немого кинематографа скорость показа фильма нередко превышала частоту съёмки. Киномеханик, который вращал ручку проектора, подбирал темп в зависимости от настроения фильма и «темперамента» публики — от 18 до 30 кадров в секунду.
Ситуация изменилась с появлением звукового кино. Поскольку разная скорость воспроизведения меняла частоту звука и голоса становились выше, американские кинокомпании задумались о стандарте фреймрейта. В 1926 году таким стандартом стал показатель в 24 FPS — создатели кино выбрали его как компромисс между «плавностью» картинки, расходом плёнки и возможностями техники. Как раз с этой частотой мы смотрим фильмы по сей день. Хотя исключения тоже бывают.
Кто-то снимает быстрее?
Современные режиссёры иногда проводят эксперименты с увеличением кадровой частоты, чтобы сделать изображение «плавнее» и тем самым усилить погружение. Один из самых известных примеров — «Хоббит» Питера Джексона, снятый с частотой 48 FPS.
Другой пример — фильм «Гемини» Энга Ли, снятый с частотой и вовсе 120 кадров в секунду.
Правда, чтобы увеличить в фильме кадровую частоту, вовсе не обязательно снимать его с высоким фреймрейтом — порой достаточно и современного телевизора с функцией «сглаживания движения» (англ. motion smoothing).
Дело в том, что частота обновления экрана у нынешних ТВ превышает общепринятую кадровую частоту кино — это может быть и 50 Гц против 24 FPS, и даже 120 Гц против тех же 24 кадров. Иногда это приводит к тому, что изображение начинает дёргаться и дрожать. Чтобы решить проблему, изобрели «сглаживание движения» — эта технология анализирует движение объектов и создаёт дополнительные кадры, будто бы заполняя ими «пустые» места.
Звучит здорово, однако на деле motion smoothing только портит изображение. Резкость картинки заметно увеличивается, порой возникают артефакты изображения, а естественная «смазанность» сцены, специально созданная режиссёром, становится едва заметной, сбивая фокус. И в результате возникает «эффект мыльной оперы».
По этой причине режиссёры и актёры выступают против технологии, называя её проклятием кинематографа. Хорошо, что пока это лишь опция, которую при желании можно просто отключить.
А что с кадрами в мультфильмах?
Сегодня во время съёмок кино оператор выставляет на камере нужную частоту. Всё сложнее, если речь идёт о мультипликации, ведь каждый кадр необходимо нарисовать вручную. По кадровой частоте анимация делится на несколько видов:
Чтобы снять 20 минут мультфильма в анимации вида 1s, необходимо нарисовать порядка 28 000 уникальных рисунков. Это весьма непростая задача, и потому мультипликаторы идут на всевозможные уловки, чтобы зритель не заметил недостающих кадров. Так, анимацию 1s чаще всего применяют только в активных сценах — например, если персонаж бежит.
Постепенно в создании анимации появились новые секреты. Первым работу мультипликаторов оптимизировал Уолт Дисней: ведущие художники сперва рисовали основные кадры (англ. keyframes), а после этого в дело вступали художники-фазовщики — они рисовали «промежуточные фазы движения»
(англ. in-between) и доводили анимацию до финального вида. Эти термины остаются актуальными для аниматоров и сегодня.
Для экономии кадров художники идут и на другие хитрости. Скажем, рисуют фон и на статичный рисунок накладывают прозрачные целлулоидные плёнки с подвижными элементами. А ещё аниматоры зацикливают кадры или же «раскладывают» персонажей и объекты в несколько слоёв — например, анимируют только губы на неподвижном лице.
В японской анимации — аниме — художники для упрощения своих задач зачастую пропускают промежуточные рисунки — фазовки. Из-за этого эмоции на лице персонажа меняются моментально.
В аниме также существует термин sakuga — это моменты, когда качество картинки возрастает и доходит до стандарта 1s. Приём используют для заставок, сюжетных поворотов или экшн-сцен.
Сколько кадров в видеоиграх?
Оптимальный фреймрейт в играх выше, чем в кино, — он начинается с 30 кадров в секунду. С точки зрения технологий кадровая частота в игровой индустрии работает иначе, нежели в кино, однако суть та же — чем больше FPS, тем лучше. Кроме того, именно счётчик FPS — главный показатель производительности той или иной игры.
Частота в 60 FPS обеспечивает куда более «плавное» изображение. Впрочем, важнее стабильная производительность. Высокий фреймрейт, который время от времени неожиданно «падает» до 35–45 кадров, игрок воспринимает хуже, чем стабильные 30 FPS. Любой такой сбой воспринимается как лаг, ведь мозг игрока «настраивается» на определённую кадровую частоту.
Кадровая частота игры во многом зависит от того, на какой платформе она запущена. Так, на ПК единственное ограничение в большинстве случаев — мощность «железа», которое может быть очень разным. Зачастую это вызывает дополнительные проблемы при оптимизации игры: сделать так, чтобы она работала одинаково на всех компьютерах, попросту невозможно — комбинаций «железа» слишком много.
При создании версий для игровых приставок, где установлены фиксированные комплектующие, ситуация немного проще — оптимизировать игру приходится под тот или иной «стандарт» (в зависимости от конкретной приставки). В этом случае, правда, возникает другая проблема: нередко мощности устройства не хватает для частоты в 60 кадров, и тогда разработчики искусственно ограничивают фреймрейт на отметке в 30 FPS. Это компромисс — низко, зато стабильно.
Правда, с появлением консолей нового поколения — Xbox Series X и PlayStation 5 — многие компании и студии при разработке стали целиться именно в 60 FPS, поскольку «железо» позволяет. По крайней мере, пока. Если верить рекламе, новые консоли способны выдавать и 120 FPS, но это, конечно, касается относительно «лёгких» с точки зрения графики игр.
«Мы никогда не пытались ограничить разработчиков в том, чего они пытаются добиться на нашей платформе, будь то 60 FPS на Xbox 360 или 4K и 60 FPS на Xbox One X. Мы хотим дать им инструменты для того, чтобы они создавали свои игры на любой из наших платформ. В поколении Xbox One X мы уже достигли момента, когда игры выглядят потрясающе, но у нас есть простор для того, чтобы сделать их ещё лучше. Я хочу, чтобы игры ощущались столь же здорово, как и выглядят. Думая о будущем, мы хотели сосредоточиться не только на количестве пикселей, но и на ощущениях от игр, которые обеспечивает высокий фреймрейт».
Фил Спенсер, глава Xbox.
Интервью, 2020 год
Похожего мнения придерживаются и разработчики, которые сотрудничают с Sony.
«Разрешения 4K достаточнo, его хватит надолгo. Но мне хочется вместо того, чтобы оставаться на уровне 60 кадров в секунду, поднять частоту до 120 или даже 240 кадров в секунду. Я думаю, это то, что изменит игры».
Кадзунори Ямаути, руководитель разработки серии Gran Turismo.
Интервью, 2020 год
И если в одиночных играх кадровая частота играет роль важную, но всё-таки не принципиальную, то в киберспорте высокий показатель FPS — залог успеха.
И не только он: ещё при подборе техники для соревнований профессиональные игроки учитывают частоту обновления экрана монитора. От неё зависит, как часто и быстро обновляется изображение на дисплее каждую секунду. Так, при частоте 60 Гц кадр меняется каждые 16 миллисекунд, при 144 Гц — каждые 6 миллисекунд.
Когда монитор обновляется с такой скоростью, разница не видна глазу, всё дело в мелкой моторике. После нескольких лет тренировок киберспортсмен в той же Counter-Strike: Global Offensive использует лишние 10 миллисекунд для более точного наведения прицела. Для реализации своего потенциала профессиональным игрокам необходима техника с максимальными характеристиками, даже несмотря на то, что упомянутая Counter-Strike — не слишком требовательная к «железу» игра.
Ещё один пример — Call of Duty: Black Ops — Cold War. Компания NVIDIA, которая выпускает видеокарты, в 2019 году провела исследование «фликшотов» — этим термином обозначают ситуации, когда игрок в шутере очень резко целится во врага и метко стреляет. В случае с Black Ops частота обновления 360 Гц улучшает качество стрельбы на 4% — по сравнению с монитором на 240 Гц. И этот небольшой перевес может оказаться решающим во время соревнования.
Что такое FPS и кому это нужно
Содержание
Содержание
Если вы играете в компьютерные игры, то, наверняка, вы слышали про термин FPS. Это один из важных показателей, за который ведут борьбу производители видеокарт и разработчики компьютерных игр, предлагая нам каждый год все более новые и навороченные видеокарты. Разберемся, что же это такое и кому это нужно.
Что такое FPS и на что влияет
FPS — аббревиатура от английского Frames Per Second или «количество кадров в секунду», пришедшая к нам из кинематографа.
То есть, по сути, это показатель того, насколько плавно и реалистично сменяется картинка на экране. Этот параметр напрямую влияет на комфорт восприятия изображения на экране. Если частота смены кадров будет маленькой, вы увидите, как изображение «тормозит». Например, движения персонажа или изменения того, что происходит на экране, станут не плавными и естественными, а дергаными, рваными или заторможенными.
Соответственно, во-первых, снизится управляемость вашего игрового альтер-эго из-за дискомфорта. Во-вторых, если речь идет о, например, шутерах, где важна скорости реакции, то показатель FPS напрямую отражается на игровых результатах. Образно говоря, несколько недостающих кадров в секунду могут стать той самой гранью, которая отделяет победу от поражения. Поэтому неудивительно, что собирая игровые компьютеры, пользователи ориентируются на достижение максимального FPS при как можно более высокой детализации. И вот почему.
Какой должна быть частота смены кадров и от чего это зависит
Если в мире кинематографа все относительно просто: частота кадров определяется техникой, поэтому все стандартизировано и количество кадров в секунду всегда точно известно. То в мире компьютерных игр так не получается.
Казалось бы, чего проще — человеческий глаз воспринимает в среднем по 50 кадров в секунду. Если частота обновления экрана будет 60 Гц, то глаз мерцания не заметит. Именно по этой причине современные мониторы идут 60 Гц и выше. Но чтобы монитор воспроизводил с такой частотой сменяющиеся кадры, их надо на него подать с видеокарты, а для этого сначала требуется выполнить графические вычисления. Вот с этим как раз и возникают основные проблемы.
Дело в том, что картинка, близкая к реальному миру, с высокой степенью детализации и большим количеством подробностей и мелких деталей требует большой вычислительной мощности. Поэтому, с ростом реалистичности передаваемой картинки растет и производительность оборудования, отвечающего за графику — тех самых графических ускорителей и видеокарт, стоимость которых в наше время составляет от трети до половины цены всего компьютера.
Все это делается ради того, чтобы в тесте и игре при как можно более высоком разрешении и детализации добиться максимального FPS — чем больше, тем лучше. И желательно стремиться к 60 кадрам в секунду и выше, чтобы происходящее на экране действие было как можно более естественным. Разумеется, при максимально высоком разрешении экрана и детализации. И уж точно не стоит опускаться ниже 30 кадров в секунду, так как чем ниже будет FPS, тем более рваной и дерганой станет картинка, тем менее комфортной станет игра.
Что влияет на FPS
По вполне очевидным причинам выставить параметры отображения графической информации так, чтобы картинка была идеальной и плавной в любых условиях, получается не всегда. Даже самая мощная компьютерная система имеет потолок своей производительности, то есть способна выдать определенный FPS для некой сложной задачи, например, битвы на большой карте Battlefield с максимальным числом игроков.
Что влияет на значение FPS? Есть несколько факторов:
Именно по этим перечисленным причинам для достижения хорошего FPS нельзя установить что-то одно производительное и быстрое (например, видеокарту), а все остальное покупать по принципу «лишь бы было».
Система должна быть сбалансированной: быстрой, производительной видеокарте, чтобы она показала все, на что способна, нужен приличный процессор и быстрое ОЗУ.
Оказывает влияние на FPS и монитор. Если он дешевый и поддерживает частоту обновления экрана в 60 Гц, то, как бы быстро не считала видеокарта полигоны и пиксели, визуально для пользователя ничего не изменится, так как все ограничит монитор. Поэтому, чем выше частота обновления экрана монитора, тем лучше.
Но «железо» — это еще не все. FPS существенно зависит от настроек в конкретных приложениях-играх и самих программ. Как это проявляется в реальном использовании? Очень просто: чем слабее ваше оборудование, чем меньше производительность видеокарты и процессора, тем меньшее разрешение и настройки детализации вам придется выставлять, вплоть до отключения ряда опций, на которые уходит драгоценная вычислительная мощность (вся эта реалистичная трава, волоски, кожа, листья, вода).
Поэтому даже если FPS на максимальных настройках не очень хорош, например, падает до 20–30 кадров в секунду, его всегда можно улучшить, снизив немного разрешение выводящейся на экран картинки. То есть, упростив вычислительную задачу, стоящую перед видеокартой и остальным «железом» вашего компьютера.
Впрочем, бывают и особенно сложные случаи, как с Wolfenstein New Order, когда разработчики сделали такой игровой движок, что он умудрялся выдавать минимальный FPS на любом компьютерном железе. Сказывается на количестве кадров в секунду и наличие параллельно работающих приложений, например, антивирусного ПО: чтобы выжать максимум FPS, можно, отключить его на время игры.
FPS и Ping
Еще одна «больная» для игроков тема — это пинг (от английского «ping»). При высоком пинге, когда информация от клиента к серверу и наоборот передается слишком долго, да еще теряется часть пакетов, FPS будет снижаться вплоть до замирания «картинки». Для игр вроде Counter-Strike и прочих экшенов высокий пинг и такие потери сказываются на качестве игры губительным образом. Недаром в сетевом мониторинге net_graph разработчики Counter-Strike выдают также информацию о FPS.
Как узнать свой FPS
Измерить FPS компьютерной системы для оценки ее производительности можно в специальных тестовых приложениях или сделать это непосредственно в тех программах, которые вам интересны, то есть в играх. Тестовые приложения или «синтетические тесты» показывают производительность системы в определенных, одинаковых для всех условиях. Они пригодны для того, чтобы понять, какова производительность системы вообще. По большому счету это чисто маркетинговая вещь, ориентируясь на которую потенциальный покупатель делает выбор оборудования.
Гораздо интереснее проверка FPS в конкретных приложениях, потому что количество кадров в секунду в каком-нибудь последнем Battlefield или Star Wars Battlefront с максимальными настройками — это одно, а какая-нибудь стратегия или казуальная игра — это совсем другое. И интересно узнать FPS для той игры, в которую вы играете, настроить ее таким образом, чтобы играть было комфортно.
Проверить FPS в приложениях можно двумя способами:
Из отдельных приложений для измерения количества кадров в секунду можно отметить, например, утилиту Fraps, появившуюся в 1999 году и успешно работающую на современных машинах. Преимущество этого приложения — невысокие системные требования. Утилита работает на слабых компьютерах и не отнимает дополнительных ресурсов. Кстати, это же приложение используют для того, чтобы делать скриншоты.
Также для контроля FPS используют приложения PlayClaw, FPS Monitor, MSI Afterburner и другие. Разумеется, это не одна их функция, Afterburner, например, используют для разгона видеокарт, а FPS Monitor — для контроля загрузки процессора и видеокарт.
Можно проконтролировать FPS, не устанавливая дополнительные приложения, а включив отображение количества кадров в секунду в настройках игровых сервисов Steam и Origin.
В ряде игр можно включить отображение величины FPS непосредственно в их собственных внутренних настройках. Например, в CS:GO это делается через консольную команду, а в Dota 2 — в расширенных игровых настройках.
На что влияет частота обновления экрана телевизора
Содержание
Содержание
Если бы вы собрались покупать телевизор лет 15 назад, любой консультант быстро убедил вас, что нужно обязательно брать «стогерцовый» и никак не меньше. С исчезновением кинескопных телевизоров этот параметр как-то подзабылся, но в последнее время он снова на слуху. Попробуем разобраться, что это за параметр и сколько герц должно быть в телевизоре.
Что это за параметр?
Экран телевизора (как и большинства других электронных устройств) не способен физически смещать изображение на экране. Чтобы создать иллюзию движения, на экране отображаются сменяющие друг друга статичные кадры. Как часто эти кадры меняются — определяет частота обновления экрана.
Однако нельзя путать частоту обновления экрана и частоту смены кадров видео, которое на этом экране демонстрируется. Первый параметр — характеристика телевизора и зависит от его устройства, второй параметр — характеристика видеоконтента и зависит от того, на каком оборудовании оно было снято, как смонтировано и в каком формате записано.
Какие бывают частоты обновления и смены кадров
Когда речь заходит о частоте смены кадров, многие вспоминают о 24 кадрах в секунду и о «магическом» 25-м кадре. На самом деле, 25-ый кадр — это миф, а стандарт недавнего прошлого в 24 кадра был выбран скорее из экономических соображений. Почему «прошлого»? Потому что преобладающий сегодня цифровой видеоконтент имеет другие стандарты —25, 30, 48, 50 и 60 кадров в секунду. Самыми распространенными пока остаются 25 и 30 кадров/сек. Довольно активно развивается формат 60 кадров в секунду, но объем такого видео пока невелик.
Опять же, многие фильмы в формате 60 кадров в секунду получены компьютерной интерполяцией промежуточных кадров из обычного формата. Они изначально снимались на 30 кадрах в секунду и «недостающие» кадры получить уже просто невозможно. Понятно, что смысла в таком улучшении немного. А уж про видео в формате 120 кадров в секунду и говорить не приходится. Пока в этом формате снимают только немногие энтузиасты.
Еще можно вспомнить про стандарты передачи видеоданных HDMI и DVI и про их ограничения. Максимальная частота смены кадров, которую могут «пропустить» оба эти стандарта — 120 Гц, т.е., телевизоры пока в принципе не могут воспроизводить видео с более высокой частотой смены кадров.
Когда нужна высокая частота обновления
Раз большинство видео снято со скоростью 30 кадров в секунду, то 50/60 Гц более чем достаточно? Почему же часто звучит, что 60 Гц — прошлый век и качественного изображения на нем не добиться, и что сегодня даже 120 Гц мало? Следует отделить мифы от реальности.
Во-первых, как это ни странно звучит, но 15-20 лет назад разница между 50 и 100 герцами была куда более заметной: 100-герцовый телевизор действительно давал более качественную картинку, чем обычный 50-герцовый. Из-за прорисовки экрана одиночным электронным лучом (усугубленной чересстрочной разверткой), 50-герцовые кинескопы заметно мерцали, утомляя зрение и даже приводя к заболеваниям глаз при длительном воздействии. Вот только современные ЖК-экраны этой особенности лишены, и никакая частота обновления экрана больше не провоцирует мерцание.
Во-вторых, смысл в частоте более высокой, чем частота смены кадров, все же есть. Современные телевизоры не просто «бездумно» выводят кадры на экран, они способны производить некоторую их обработку, например, «дорисовывая» промежуточные кадры. Качественного улучшения при этом ждать не приходится, но обработанное таким образом видео может выглядеть плавнее и даже четче исходного. Хотя тут многое зависит от производительности электроники телевизора и используемых алгоритмов.
Недорогие телевизоры получают промежуточные кадры копированием предыдущих, модели подороже используют простенькую интерполяцию, а продвинутые модели уже могут использовать алгоритмы подавления шума и снижения размытия.
Такая технология называется MEMC («Motion Estimation and Motion Compensation» — «Оценка и компенсация движения»). Но следует понимать, что промежуточный кадр, полученный даже самым продвинутым телевизором, всегда будет уступать по качеству кадру реальному. Пока еще на качество видео в первую очередь влияет качество оборудования съемки, которое снимает с частотой 30, реже 60 кадров в секунду. И часто встречающееся утверждение, что «телевизор с частотой 60 Гц всегда будет показывать размытую картинку, не то, что 120 Гц», мягко говоря, не соответствует действительности.
В-третьих, высокая частота обновления пригодится при использовании телевизора в качестве игрового монитора. Киберспортсменам это может дать реальное преимущество, что описано в этой статье.
Частоты выше 120 Гц
Еще совсем недавно полки ломились от телевизоров с частотой обновления 240, 400, 600 и даже больше — вплоть до тысяч герц. В последнее время они как-то пропали, но в интернете еще встречаются рекомендации выбирать телевизор с частотой не менее 200 Гц. Что это было?
Частоты выше 120 Гц — на 95% маркетинговая уловка и только на 5% за этим скрывается что-то эффективное. Как правило, производители под такими числами имели в виду не реальную частоту обновления, а некий «индекс», полученный умножением реальной частоты на какой-нибудь коэффициент. Таким коэффициентом, например, может быть количество дублирующихся кадров или частота мерцания подсветки.
При использовании технологии BFI («Black Frame Insertion» — «вставка черного кадра») между двумя идентичными кадрами вставляется полностью черный — предполагается, что это может снизить эффект размытия на динамичных сценах. Использование такой технологии тут же «увеличивало» частоту обновления в 2-3 раза.
Также применялся бюджетный вариант BFI под названием BLS (BackLight Scanning — «сканирующая подсветка»), при использовании которой вместо вставки черного кадра на несколько миллисекунд выключалась полоса светодиодов подсветки экрана. Особого эффекта все эти технологии не давали, поэтому со временем «килогерцовые» телевизоры с полок пропали (некоторые технологии по-прежнему применяются, но уже без особой помпы). Тем не менее, статьи с безграмотными рекомендациями в Сети остались.
Однако телевизоры с «честной» частотой 200 Гц все же существуют. Но и они не воспроизводят реальное видео с частотой кадров выше 120 Гц, получая промежуточные кадры при помощи технологий на базе MEMC. Обработка кадров на такой скорости (особенно 4К и 8К) требует большой производительности видеопроцессора, поэтому стоят такие телевизоры намного дороже обычных.
Есть ли в этом смысл — вопрос спорный. Продвинутые алгоритмы современных телевизоров могут распознать, например, летящий мяч и сделать его идеально круглым на промежуточных кадрах, заметно увеличить плавность его полета и четкость картинки. Но всё предусмотреть невозможно, алгоритм может ошибаться, добавляя на кадры различные артефакты и фактически ухудшая картинку.
Выводы
Не стоит придавать этому параметру особого значения, лучше сконцентрируйтесь на действительно важных характеристиках — диагонали, разрешении, контрастности и т. д. Они куда сильнее влияют на качество изображения, чем частота обновления экрана. Смотреть на частоту в ущерб других параметров стоит разве что в том случае, если вы твердо нацелились на то, чтобы использовать телевизор в качестве игрового монитора.