چشم و مغز انسان بازی هایی با نرخ 60 فریم بر ثانیه را ترجیح می دهند

یکی از مسائلی که مرتبا در مباحث فنی مرتبط با گیم و ویدئو مطرح می شود، نرخ فریم مناسب برای مشاهده تصاویر است.

در یک سوی این مبحث افرادی با تفکر «سنتی» قرار دارند و معتقدند که 24 فریم بر ثانیه برای فیلم و 30 فریم بر ثانیه برای بازی بهترین نرخ پخش تصاویر است و نباید از آن فراتر رفت.

این در حالی است که شواهد عینی متعددی در رد این گفته وجود دارد و مطلب تازه ای که توسط سیمون کوک از گروه فناوری های پیشرفته اکس باکس مایکروسافت در فضای مجازی منتشر شده است نشان می دهد که چرا انسان نرخ فریم بالاتر از این میزان را ترجیح می دهد.

در ادامه این مطلب با دیجیاتو همراه باشید.

بخشی از مشکلی که در رابطه با این موضوع وجود دارد آن است که چشم انسان سیستمی بسیار پیشرفته دارد و عمل پردازش تصاویر را پیش از ارائه سیگنال ها به مغز انجام می دهد.

در واقع چشم انسان تمایل دارد تصاویر را به صورت یک مقوله واحد و به هم پیوسته در نظر بگیرد و علت هم این است که سیستم بینایی ما اینگونه پرورش یافته است.

اما از بسیاری جهات این مسأله نمی تواند حقیقت داشته باشد. حساسیت چشم ها به رنگ، حرکت، نور و شتاب کاملا متفاوت است. به علاوه،حقیقت دیگری که در این رابطه وجود دارد آن است که انسان همواره چشم را مانند یک دوربین در نظر می گیرد و در مورد بینایی هم همان عباراتی را به کار می برد که معمولا در رابطه با تصاویر کامپیوتری مورد استفاده قرار می دهد، در حالی که چشم و رایانه دو مقوله کاملا متفاوت از یکدیگرند.

با این تفاسیر، اینگونه استنباط می شود که افراد زمانی که حق انتخاب داشته باشند، نرخ فریم بالاتری را برای مشاهده تصاویر ترجیح می دهند.

معمولا هم نرخ فریم انتخابی افراد رقمی بالاتر از 60 فریم بر ثانیه (60 هرتز) است که این مسأله هم بسته به ماهیت بازی، گرافیک آن و میزان سرعت فعالیت های به تصویر کشیده شده در گیم متفاوت خواهد بود.

بر پایه نظریه ارائه شده توسط سیمون کوک، این تمایل بشر برای مشاهده تصاویر با نرخ فریم بالاتر احتمالا به جنبه های مکانیکی جالب مرتبط با چشم انسان ارتباط دارد.

حتی زمانی که شما نگاه خود را روی یک نقطه از تصویر ثابت نگه می دارید، شبکیه چشم شما فعال است و هیچگاه به حالت ثابت در نمی آید.

حرکات ریز چشم با فرکانسی معادل 83.68 هرتز رخ می دهد و بردی برابر با 150 الی 250 نانومتر دارد.

اما علت این حرکت عقب و جلوی چشم چیست؟ به اعتقاد کوک انسان با عقب و جلو بردن شبکیه نمونه ای از یک صحنه را از دو نقطه اندک متفاوت با یکدیگر می سازد.

در عین حال، در داخل چشم دو نوع مختلف از سلول های عصبی شبکیه وجود دارند (سلول های مرکزی که به نور دریافتی از قسمت مرکزی رتینا پاسخ می دهند و سلول های حاشیه مرکز که در مواقعی وارد عمل می شوند که مرکز رتینا در معرض نور قرار ندارد).

با حرکت رتینا به عقب و جلو، نور ورودی با سلول های مرکزی و کناری آن برخورد کرده و هر دو را تحریک می کند و کوک باور دارد که این مسأله می تواند توانایی انسان برای تشخیص لبه اشیاء را تقویت کند.

نقش بازی های ویدئویی

اگر این نظریه صحت داشته باشد، این بدان معنا خواهد بود که شبکیه چشم انسان کیفیت تصاویر جهان پیرامونش را افزایش داده و آن را بهبود می بخشد و این همان کاری است که کارت های ویدئویی و کنسول های بازی انجام دهند چراکه پیش از پخش تصاویر روی نمایشگر ها آنها را به صورت داخلی و با رزولوشن های بالا پردازش یا اصطلاحا رندر می کنند.

عکس زیر نشان می دهد که چگونه گرفتن چندین عکس از یک سو آن هم با استفاده از تجهیزات یکسان می تواند در نهایت منجر به دریافت نتیجه بهتر شود.

اما توانایی استخراج اطلاعات بیشتر از آنچه در اطراف خود می بینیم به این مسأله بستگی دارد که بتوانیم اطلاعات را با نرخ فریم مشخص و ثابت در اختیار چشم قرار دهیم.

برای مثال اگر نرخ فریم تصویر از نصف میزان نرخ حرکت شبکیه چشم کمتر باشد (یعنی 30 فریم بر ثانیه) آنگاه میدان تصویر به اندازه ای که چشم بتواند اطلاعات اضافی را از آن تصویر دریافت کند تغییر نخواهد کرد.

اگر آشنایی اندکی با حوزه گیمینگ داشته باشید، احتمالا می دانید که یکی از دلایل ملموس نبودن وقفه (Micro Stutter) در تصاویر نسبت به نرخ فریم ها آن است که با نزدیک شدن به نرخ 60 فریم بر ثانیه زمان فریم ها هم کوتاه تر می شود.

کم شدن تأخیر در فریم ها (یا همان Frame Latency) از 33.3 هزارم ثانیه (30 فریم بر ثانیه) به 25 هزارم ثانیه (40 فریم بر ثانیه) به مراتب بیشتر از افزایش تعداد فریم ها (از 40 به 60 فریم بر ثانیه) به چشم می آید، در حالی که تغییر دوم قطعا بیشتر از مورد نخست است.

اگر حق با کوک باشد، توضیحی که می توان برای این پدیده ارائه کرد آن است که وضعیت افزایش رزلوشن تصاویر توسط چشم در نقطه ی 43 فریم بر ثانیه فعال خواهد شد.

جالب است بدانید که بر اساس تحقیق او، نرخ بالای فریم ها با رزولوشن پایین تر می تواند نتایج بهتری را در قیاس با پخش تصاویر با رزولوشن 1080p و نرخ 30 فریم بر ثانیه داشته باشد.

در حال حاضر اغلب بازی های ارائه شده برای اکس باکس از لحاظ کیفیت پایین تر از رزولوشن 1080p با نرخ 30 فریم بر ثانیه هستند و در عوض با رزولوشن 900p عرضه می شوند.

انتظار می رود که در سال های آتی کیفیت فیلم ها و بازی های ویدئویی بهبود پیدا کند اما به نظر می رسد که سازندگان بازی بیشتر تلاش دارند که دیگر جنبه های محصولاتشان را بهینه سازی نمایند.

اگر دوست دارید از نزدیک با تفاوت های یک فیلم 60 فریم بر ثانیه و یک فیلم 30 فریم بر ثانیه آشنا شوید بهتر است نگاهی به وبسایت 30fps vs. 60 fps بیاندازید. این وبسایت مملو از فیلم های MP4 است که با نرخ های 30 و 60 فریم بر ثانیه انکد شده اند.

متأسفانه هیچگونه نشانی دال بر اینکه صنعت فیلم دنیا نتایج تحقیق کوک را برای ساخت محصولات جدیدش به کار گرفته باشد وجود ندارد.

در حال حاضر صنعت بازی بیشتر به رزلوشن تصاویر اهمیت می دهد تا نرخ فریم آنها و اگر ساخت محصولاتی با رزولوشن 720p و نرخ 60 فریم بر ثانیه میسر نباشد نمی توان امیدی به ارائه محتوی با رزولوشن 1080p و نرخ 60 فریم بر ثانیه (برخلاف تصاویر 4K با نرخ 30 فریم بر ثانیه) داشت.

اما گیمرهای می توانند از مزایای این پژوهش بهره مند شوند که برای این منظور باید کارت های ویدئویی قدرتمندی را در اختیار داشته یا اینکه تنظیمات دستگاه خود را در وضعیت پایین قرار دهند.

نرخ رفرش مانیتورهایی که دارای وضعیت V-Sync باشند معمولا در حد 60 هرتز باقی می ماند و اگر نرخ فریم بازی به پایین تر از این میزان برسد مانیتور به صورت خودکار در وضعیت 30 یا 20 هرتز قرار می گیرد.

انجام این گونه امور پژوهشی برای درک بهتر سیستم بینایی انسان امری حیاتی است. از لنزهای چشمی هوشمند گرفته تا افزونه های دید در شب و تجهیزات جانبی نظیر هدست Oculus Rift، در حال حاضر پروژه های پژوهشی متعددی در حال انجام است که همگی روی یکپارچه سازی فناوری با چشم انسان تأکید دارند.