چشم انسان قابلیت تشخیص چند فریم در هر ثانیه را دارد؟

دقیقا از زمان به صدا در آمدن سوت آغاز نسل هشتم بازی‌ها، رقابت بین دو شرکت سونی و مایکروسافت بیشتر در زمینه‌های کم اهمیت‌تری چون تعداد فریم ریت‌ها و وضوح تصویر بازی‌های مشترکشان بود.

هر دو کمپانی از فقر بازی‌های انحصاری خوب رنج می‌بردند اما بیشتر بازی‌های مولتی پلتفرم با نرخ 60 فریم بر ثانیه و رزولوشن 1080p روی کنسول پلی استیشن 4 اجرا می‌شدند و همین موضوع برای سونی کافی بود تا رقیب قدرتمندش را به سخره بگیرد.

از سونی، مایکروسافت و کنسول‌هایشان که بگذریم، حقیقت آن است که ریشه این بحث سرعت پردازش تصویر به سال‌ها قبل باز می‌گردد. پی‌سی گیمرهای حرفه‌ای معتقدند که کوچکترین افت فریمی را تشخیص می‌دهند و گاهی به شکلی وسواس گونه بی‌وقفه در گوشه تصویر، تعداد فریم‌های بازی در هر ثانیه را بررسی می‌کنند.

اما آیا چشم انسان قادر به تشخیص نرخ فریم‌های بالا است؟ بزرگترین نرخ فریمی که چشم انسان می‌تواند ببینید، چقدر است؟ تشخیص تفاوت بین 30 و 60 هرتز و یا بین 60 و 144 هرتز توسط چشم امکان پذیر است؟ از چه نقطه‌ای به بعد، نمایش سریع تر یک بازی دیگر اهمیتی ندارد؟

در ادامه مطلبی از الکس ویلتشیر (Alex Wiltshire)، نویسنده وبسایت PCgamer را می‌خوانیم که به این پرسش‌ها پاسخ می دهد.

بیشتر بخوانید:

• تفاوت لگ و افت فریم چیست؟
• ۴ راه ساده برای اندازه‌گیری نرخ فریم بازی‌ها در پی‌سی
• چگونه در ویندوز مشکل فریم‌ریت پایین بازی‌ها را برطرف کنیم؟

جنبه‌های بینایی

اولین نکته مهم این است که ما شکل‌های مختلفی از بینایی را به روش‌های متفاوتی درک می‌کنیم. تشخیص حرکت، مشابه تشخیص نور نیست.

مهم‌تر از آن، بخش‌های مختلف از چشم، به شکل های متفاوت از یکدیگر عمل می‌کنند. مرکز بینایی شما در تشخیص بهتر از بخش‌های پیرامونی چشم است.

همچنین بر سر راه بینایی و درک ما، محدودیت‌های طبیعی و فیزیکی مختلفی وجود دارد. مدت زمانی به طول می‌انجامد تا نوری که از قرنیه چشم شما گذشته، به اطلاعات تبدیل شود و مغز ما نیز با سرعت به خصوصی این اطلاعات را پردازش می‌کند.

نکته حائز اهمیت دیگر آن است که کلیت درک چشم ما بزرگتر از آن چیزی است که هر المان منفردی از سیستم بینایی ما بتواند به دست آورد. فهم این نکته در شناختن ادراک ما از بینایی بسیار مهم است.

جردن دی لانگ (Joedan DeLong) می گوید: «شما نمی‌توانید رفتار کل یک سیستم را بر مبنای یک سلول یا یک عصب پیش بینی کنید». جردن دی لانگ استادیار روانشناسی در دانشگاه سنت جوزف است و بخش عمده ای از تحقیقاتش روی سیستم های بینایی بنا شده.

«ما می توانیم پهنای یک خط یا دو خط هم راستا را درک کنیم، درکی جزئی تر از زمانی که یک رشته عصبی این کار را انجام دهد و به همین علت است که چشم ما از نتایج هزاران رشته عصبی میانگین می‌گیرد. در واقع مغز شما بسیار دقیق تر از یک جز منفرد از آن است».

و در آخر باید بگویم که ما استثنایی هستیم. گیمرها سیستم بینایی بسیار خوبی دارند. دی لانگ می‌گوید:«اگر سر و کار شما با گیمرها است، با جامعه غریبی از مردم مواجه هستید که بینایی آن ها احتمالاً عملکردی نزدیک به سطوح بیشینه دارد چرا که ادراک بینایی را می‌توان بهبود بخشید و بازی‌های اکشن به خصوص در این امر بسیار موفق هستند.»

آدرین چاپین (Adrien Chopin)، محقق فوق دکترای علوم شناختی می‌گوید:«بازی‌های ویدیویی یکی از معدود راه‌های بهبود قابل توجه تمامی جنبه‌های بینایی شما است، جنبه‌هایی چون حساسیت تباین (کنتراست)، توانایی توجه و ردیابی همزمان چندین شی.»

اثربخشی بازی ها حتی به اندازه ای است که امروزه از آن‌ها در درمان‌های بصری استفاده می‌شود.

بنابراین قبل از آن که از خواندن نظرات محققین درباره محدوده تشخیص نرخ تصویر توسط چشم عصبانی شوید، به خود افتخار کنید؛ چون اگر بازی‌های اکشن تجربه می‌کنید، بیشتر از یک فرد عادی نسبت به تغییرات سرعت تصاویر حساس هستید.

درک حرکت

حالا وقت آن رسیده کمی با ارقام صحبت کنیم. اولین چیزی که باید به آن اشاره کرد، فرکانس سو‌سو زدن است. بیشتر افراد یک منبع نوری متناوب را که با سرعت 50 تا 60 بار در ثانیه سو‌سو می‌کند، ثابت می‌بینند. اما برخی از مردم می‌توانند لرزش‌هایی را در منابع نوری فلورسنتی در 60 هرتز تشخیص دهند.

اکثریت نیز زمانی که به چراغ های LED ماشین‌های مدرن نگاه کرده و بلافاصله چشمانشان را به سرعت حرکت می‌دهند، لکه‌هایی از سو‌سو نور ماشین در محدوده بیناییشان ظاهر می‌شود.

اما این تنها بخش کوچکی از پازل معمای درک ما از تصاویر نرم و روان بازی ها است. احتمالاً شنیده‌اید که تحقیقات نشان داده خلبان‌های جنگنده می‌توانند تصویری را که به مدت چهار هزارم ثانیه روی صفحه ظاهر می‌شود، مشاهده کنند اما نمایش و اجرای تصاویر بازی‌های ویدیویی داستانی دیگر دارد.

بازی‌های ویدیویی تصاویری متحرک را به نمایش گذاشته و در نتیجه سیستم‌های بینایی متفاوتی را به کار وا می‌دارند، در واقع دیگر عملکرد چشم و سیستم بینایی تنها محدود به پردازش نور نمی‌شود.

به عنوان مثال، قانونی وجود دارد به نام Bloch. توماس بیوسی (Thomas Busey)، پرفسور دانشکده روانشناسی و علوم مغزی می‌گوید: «قانون Bloch در واقع یکی از معدود قوانین حوزه علوم ادراکی است». این قانون بیان می کند که تعادلی میان شدت و مدت زمان نوری که در کمتر از 100 میلی ثانیه برقرار می‌شود، وجود دارد.

دو نور مختلف را تصور کنید. یکی از آن‌ها بسیار روشن بوده اما در مدت زمان بسیار کوتاه یک نانوثانیه ظاهر می‌شود، نور دیگر روشنایی کمتری داشته اما تا یک دهم ثانیه به طول می‌انجامد. چشم شما تفاوتی میان این دو نور قائل نمی‌شود.

بیوسی در این باره می گوید: «به طور کلی، افراد نمی توانند در مدت زمان یک دهم ثانیه، میان محرکه های کم نور کوتاه، متوسط و بلند، اختلافی تشخیص دهند».

این قانون به نحوی مشابه رابطه میان سرعت شاتر و پرده دیافراگم دوربین عکاسی است. با تنظیم شاتر روی سرعت پایین و جذب نور بسیار از دهانه لنز، مشابه عکسی را خواهید گرفت که سرعت شاتر بالا و دهانه لنز باریک باشد.

اما با وجود آن که ما در تشخیص شدت نورهایی کوتاه تر از 10 میلی ثانیه دچار مشکل هستیم، می توانیم آرتیفکت‌هایی بسیار سریع را درک کنیم. دی لانگ می‌گوید:«این آرتیفکت‌ها باید بسیار خاص و ویژه باشند اما شما اگر بخواهید، می‌توانید یک آرتیفکت را در 500 فریم بر ثانیه نیز مشاهده کنید».

این ویژگی ناشی از آن است که ما انواع مختلف از حرکت را به شکل‌های متفاوتی درک می‌کنیم. اگر شما نشسته باشید و اجسامی متحرکی را در رو به روی خود مشاهده کنید، ذهن شما سیگنال بسیار متفاوتی را دریافت می‌کند نسبت به زمانی که خود نیز در حال حرکت هستید.

دی لانگ توضیح می‌دهد:«بخش میانی بینایی شما، منطقه گوده مرکزی (Fovea)، در تشخیص حرکت بسیار ضعیف عمل می‌کند. بنابراین، اگر در حال مشاهده اجسامی متحرک در وسط صفحه نمایش هستید، اهمیتی ندارد سرعت پخش تصاویر چقدر باشد؛ شما احتمالاً با آن بخش از چشم نمی توانید تصاویر را ببینید».

اما محیط پیرامونی چشم‌های ما حرکت اجسام را به شکلی باورنکردنی تشخیص می‌دهند. اگر تصویری در نمای جانبی چشم قرار بگیرد و سرعت پخش تصویر به 60 هرتز یا بیشتر برسد، بیشتر افراد احساس می‌کنند که در حال حرکت هستند. بیشتر به همین علت است که تصاویر در هدست‌های واقعیت مجازی که می‌توانند در ناحیه جانبی چشم کار کنند، به سرعت بروزرسانی می شوند (90 هرتز).

همچنین نباید کارهایی را که هنگام بازی کردن انجام می‌دهیم از قلم بندازیم. برای مثال هنگام تجربه یک بازی اکشن اول شخص، ما پیوسته در حال کنترل رابطه میان حرکت ماوس و دیدمان در بازی هستیم.

در محیطی سه بعدی حرکت کرده و همزمان به دنبال پیدا کردن دشمنان هستیم. در نتیجه، ما پیوسته درکمان از دنیای بازی را با اطلاعات بصری بروز می‌کنیم.

پرفسور بیوسی اعتقاد دارد که مزایای تصاویری روان با سرعت تجدید بالا بیشتر در درک بهتر ما از حرکات در مقیاس بزرگ است تا جزییات ظریف بازی.

اما ما تا چه سرعتی می‌توانیم حرکات را درک کنیم؟ با خواندن مطالب بالا، احتمالاً حدس می زنید که جواب دقیقی وجود ندارد اما باید بگوییم که در یک موضوع شکی به خود راه ندهید، شما قطعاً می توانید تفاوت میان فریم 30 و 60 را متوجه شوید.

چشم ما واقعاً تا چه نرخی از فریم بر ثانیه را می تواند ببیند؟

بیوسی می گوید: «بدون شک، 60 هرتز بهتر از 30 هرتز است». از آن جایی که ما می توانیم حرکات را در سرعت هایی بالاتر از یک منبع نوری متناوب 60 هرتزی درک کنیم، پس سطح توانایی چشم ما باید بالاتر از این عدد باشد اما بیوسی سرعت مشخصی را بیان نمی‌کند. او توضیح می دهد: «ممکن است حساسیت چشم ما تا 120 هرتز یا 180 هرتز برسد چرا که نمی توانم نظری قطعی بدهم.»

دی لانگ می‌گوید که اگر سرعت به بالاتر از 200 فریم بر ثانیه برسد، تصاویر درست مانند حرکات واقعی دیده خواهند شد اما به شکل عادی، از دیدگاه او، اوج حساسیت افراد در نزدیکی 90 هرتز است. به عبارت دیگر، رفتن به سرعتی بالاتر از 90 فریم بر ثانیه برای ما بی فایده است زیرا دیگر نمی‌توانیم روان تر شدن تصاویر را تشخیص دهیم.

او توضیح می‌دهد: «علاقه‌مندان هنر شاید بتوانند متوجه تغییرات بسیار کوچکی شوند اما از نگاه ما، تصاویر با همان سرعت قبلی روی صفحه نمایش نقش می‌بندند.»

اما چاپین دیدگاه جنجالی و متفاوت دیگری دارد. او می گوید: «با رجوع به تحقیقات و مقالات می توان نتیجه گرفت که شما نمی‌توانید هیچ تصویری را با سرعتی بیش از 20 هرتز نظاره کنید». نظر او هر چند در لحظه اول من را غافلگیر کرد اما در ادامه، توضیحاتش واقعیت را برایم روشن‌تر کردند.

او توضیح می‌دهد زمانی که ما در یک بازی اکشن اول‌شخص به دنبال اهداف و دسته بندی آن‌ها هستیم، اهداف مختلفی را ردیابی می‌کنیم و حرکت اجسام کوچکی را تشخص می‌دهیم. برای مثال، تشخیص حرکت جسمی کوچک را در نظر بگیرید، فرکانس زمانی بهینه آن جسم باید چقدر باشد تا بتوانید حرکتش را درک کنید؟

تحقیقات نشان داده‌اند که جواب پرسش بالا، بین 7 الی 13 هرتز است. در سرعت‌های بالاتر از این محدوده، حساسیت ما به حرکت به شدت کاهش پیدا می‌کند. چاپین می‌گوید: «زمانی که با چشم های خود به دنبال جسمی هستید، چندین هدف را ردیابی می‌کنید و یا جهت حرکت را تشخیص می‌دهید، مغز شما در هر ثانیه تنها 13 تصویر از تصاویر پخش شده را می‌گیرد. بنابراین، شما تصاویر دیگر پخش شده در این بین را در یک تصویر میانگین خواهید دید».

روفین ون رالن (Rufin VanRullen)، محقق فرانسوی در سال 2010 توانست این ادعا را به اثبات برساند چرا که.نوار مغز ضربانی 13 هرتز ثابتی را از فعالیت مغز نشان می‌دهد، همچنین اثر چرخ واگن (Wagon-Wheel Effect) شاهدی دیگر بر این قضیه است.

اثر چرخ واگن نوعی از خطای دید و ناشی از چرخش اجسام دوار است. اثری که سبب می‌شود با نگاه کردن به ملخه هواپیما و یا رینگ اتومبیل، احساس کنید در جهت مخالف چرخیده و یا حتی ثابت به نظر می آیند.

چاپین می‌گوید:«مغز انسان فرآیند مشابهی را انجام می‌‌دهد. با در نظر گرفتن تمامی تحقیقات انجام شده، ما متوجه هیچ تفاوتی میان 20 هرتز و سرعتی بالاتر از آن نمی‌شویم. در نهایت تا سرعت 24 هرتز بالا برویم که استاندارد صنعت سینما است اما من دیگر توجیهی در رفتن به سرعت‌های بالاتر نمی بینم.»

اما فراموش نکنید که چاپین در مورد مغز و عملکرد آن در جمع آوری اطلاعات و پردازش آن ها صحبت می‌کند. او نمی‌‌گوید که ما متوجه تفاوتی میان تصاویر 20 با 60 هرتز نمی‌شویم.

چاپین ادامه می‌دهد: «اینکه متوجه تغییرات می شوید به این معنا نیست که می توانید در بازی کردن بهتر شوید. پس از 24 هرتز، تغییری در بازی کردن شما ایجاد نمی‌شود اما احتمال دارد از حیث بینایی و پدیدارشناسی تجربه‌ای متفاوت داشته باشید». در نتیجه، میان تجربه شما از سرعت‌های بالاتر و اثر بخش بودن آن، فاصله است.

از نقطه نظر بیوسی و دی لانگ نیز که به بررسی جنبه های ظاهری نرخ فریمی روان پرداختند، نرخ فریم بر ثانیه تنها فاکتوری نیست که باید روی آن تمرکز کنیم. برای چاپین، وضوح تصویر اهمیت بیشتری دارد.

او می‌گوید: «ما در درک تفاوت های زمانی با محدودیت های زیادی رو به رو هستیم اما هیچ محدودیتی در درک ما از فضای بازی وجود ندارد».

برای دی لانگ، رزولوشن نیز مهم است اما تنها برای بخش مرکزی و کوچک چشم که به آن حساس است و تنها چند درجه از میدان دید شما را تشکیل می‌دهد. اما تمرکز اصلی او روی نسبت های تباین است، زمانی که بتوانیم رنگ‌های سیاه و سفید واقعی را روی صفحه های نمایش خود ببینیم.

در آخر از چه واقعیت هایی اطمینان کامل داریم؟

در پاسخ به این سوال سخت باید گفت که مغز انسان بسیار پیجیده است و هیچ جواب جامعی وجود ندارد که شامل همه شود.

• برخی می‌توانند سو سو زدن منبع نوری را در فرکانس های 50 یا 60 هرتز تشخیص دهند. سرعت‌های بالاتر تشخیص را سخت تر و سخت تر می‌کند.
• ما انسان‌ها حرکت اجسام را با بخش جانبی بینایی خود بهتر می‌بینیم.
• گیمرها قشری از افراد جامعه با حساس‌ترین سیستم بینایی هستند که می‌توانند تغییرات در تصاویر را راحت تر تشخیص دهند.
• توانایی ما در درک تفاوت میان نرخ فریم‌های مختلف لزوماً روی زمان پاسخگویی ما تاثیر نمی‌گذارد.

نظر شما در مورد سرعت پخش نمایشگرهای مختلف و تفاوت بازی های 30 و 60 فریم چیست؟ دیدگاه خودتان را با ما به اشتراک بگذارید.

منبع: PCgamer