Hvor mange FPS har du brug for?

13 Aug 2006 | Torben Rasmussen (@flatpanelsdk) |

Vi har tidligere bragt en artikel om sammenhngen mellem opdateringsfrekvens og signalbehandlingen i en fladskrm og i forlngelse af dette, bringer vi her en udvidet artikel der gr skridtet videre og beskriver opdateringsfrekvens og FPS i flere sammenhnge end for fladskrme specifikt.



Noget spilfolkene ofte sls om er sprgsmlet"Hvor mange billeder per sekund (FPS) har jeg brug for?". Der findes et hav af forskellige meninger og ofte er de baseret p erfaringer med at se film p katoderrs-TV (CRT TV), der typisk benytter 25 FPS i Danmark, vist ved 50 Hz opdateringsfrekvens idet billedet er interlaced. At se film og at spille et spil p sin computer er dog langt fra det samme, hvilket jeg vil komme mere ind p i denne artikel og prve at give en indikation om hvor meget vi mennesker rent faktisk er i stand til at registrere.


Det menneskelige je


Fr jeg begiver mig ud i at forklare om FPS og opfattelsen af spil, vil det vre en fordel at forklare lidt om det analoge vidunder vi alle er ekviperet med - som uundgeligt m vre det mest essentielle led imellem selve spillet og hvad du opfatter - nemlig jnene.





Idet dit je rammes af lys, vil det via din linse fokuseres p nethinden. P overfladen af nethinden befinder der sig to typer celler som srger for at omdanne lyset til elektriske impulser som kan overfres til din hjernes visuelle cortex via synsnerven. Disse celler er inddelt i to kategorier:



Stavceller: Den simpleste af de to celler, der har en hjere koncentration langs ydersiderne af jet, registrerer kun lys og disse celler har en utrolig hurtig respons. At disse celler har strst koncentration langs ydersiden af jet kan du selv teste ved f.eks. at lfte blikket imod himlen p en mrk skyfi nat og registrere en svag stjerne med dit perifre syn (alts ud af siden af jet) og derefter fokusere direkte p den. Stjernen vil da forsvinde indtil du igen fjerner fokus fra den.


Tapceller: En langt mere kompleks celle, der befinder sig isr i den centrale del af nethinden lige ud for linsen og srger for registreringen af farve. Disse celler krver dog en del lys for at virke optimalt, hvilket ogs er tydeligt via den ovennvnte stjernetest, hvor man vil benytte tappene idet man fokuserer p stjernen og derved benytter mindre lysflsomme celler. Du kan betragte tapcellerne som en svaret p en computers RGB angivelse, idet hver celle bestr af tre receptorer, der hver isr opfatter intensiteten af hhv. rd, grn og bl farver (dvs. af de kvivalente blgelngder af disse farver). Idet tapcellerne alts er mere komplekse end stavcellerne er de ogs langsommere til at reagere p lysinput.


Al den information der sendes via disse celler, igennem synsnerven til hjernens visuelle cortex hvor den afkodes, er kun undervejs i f picosekunder.

Med dit farvesyn, den hurtige lysopfattelse og den korte afkodningstid, er du faktisk selv i stand til at se milliarder af farver, opfatte ting der befinder sig i periferien i op til 170 grader, samt opfatte en billedhastighed der er langt langt hjere end noget der kan produceres p en computerskrm (langt over 200 billeder i sekundet). Det har sledes ikke vret muligt at bestemme den fysiske grnse for hvor meget et menneske kan skelne, men faktum er at des hjere frekvensen bliver des svrere bliver det at skelne to frekvenser fra hinanden - eksempelvis er det forholdsvist nemt at skelne 60Hz fra 120 Hz men straks svrere at skelne 150 Hz fra 210 Hz.


For at gre tingene lidt mere komplicerede s reagerer jet ogs forskelligt p lys og mrke. Sidder du og kigger p en lysende hvid vg, vil du sledes have svrt ved at opdage hvis den i 1/100 af et sekund slukkede for derefter at lyse igen. Dette fnomen kaldes for eftergld og det betyder at jet ikke"glemmer" lyset med det samme, hvilket du nemt kan teste ved at kigge direkte ind i en blitz - den lysende plet bliver siddende et stykke tid. Dette trick er heldigt eftersom vi ikke ville opfatte film i biografen, eller billedet p en CRT skrm som statisk - mere om det senere. Hvis man derimod sidder i et helt mrkt rum og tnder lyset i f.eks. 1/200 af et sekund, s ville dine flsomme stavceller med det samme registrere lyset og du ville vre klar over at der var sket noget. Faktisk er det bevist at hjernen ogs kan identificere objekter der flashes hurtigere end 1/200 af et sekund for dine jne.

Der er alts forskel p om det er lys eller mrke vi skal registrere, hvilket har spillet en vigtig rolle i udviklingen af displayteknologi igennem tiderne.


CRT, LCD og hurtige spil


I vores sektion om Generel opbygning af fladskrme bliver teknikken i en fladskrm beskrevet, men for kort at opsummere forskellene mellem katoderrs skrme (CRT) og TFT LCD skrme, s vil jeg her forklare hvordan opdateringsfrekvensen har forskellige konsekvenser for de to typer skrme.


En CRT skrm bestr essentielt af tre elektronkanoner (en per farve), et st elektromagneter til at styre strlens position med og en fosforskrm hvor elektronstrlen ender og herved oplyser en plet (subpixel). Elektronstrlen fejer da hen over skrmen n linie af gangen og gentegner sledes alle skrmens linier et vist antal gange per sekund, hvilket betegnes som opdateringsfrekvensen. Da fosforen ikke er i stand til at opretholde sin eksiterede tilstand ret lnge er det ndvendigt at lade elektronstrlen ramme hvert punkt ofte, hvorfor opdateringsfrekvensen p en CRT skrm helst skal ligge et godt stykke over de 60 Hz, som computerverdenen har dbt"flimmerfri". Des hjere frekvens, des kortere er den slukkede tid for hvert skrmbillede og des mindre vil dine jne lgge mrke til at billedet ikke er konstant. Idet jet, som nvnt, er mindre flsomt overfor mrke kan man alts tillade sig at der er"mrke perioder" hvor fosforen ikke lyser, hvis blot der er tilstrkkeligt lyse perioder - dvs. en hjere opdateringsfrekvens. Dvs. p grund af efterglden, s slipper man alts godt fra dette trick alligevel.


P TFT LCD skrmen er scenariet et lidt andet, idet hver pixel jo ikke opdateres p samme mde. Groft sagt er en pixel enten tndt eller slukket og der ndres kun p farverne hvis billedet ndrer sig - dvs. skrmbilledet er essentielt statisk og har ikke behov for at blive gentegnet p samme mde som CRT skrmen. Helt statisk er billedet dog ikke idet lyset p skrmen jo kommer et sted fra og i dette tilflde har det indtil nu kun vret CCFL (Cold Catode Flourescent Light) kilder der leverer lyset og som en konsekvens blinker disse ogs i hurtigt tempo. Samtidigt opdateres hver pixel p en fladskrm p en tilsvarende mde som en pixel p en CRT skrm, dvs. skrmkontrolleren fortller hver pixel hvilken farve den skal have, startende i det verste venstre hjrne, og fortstter linie for linie imod nederste hjre hjrne.
Som nvnt i vores tidligere artikel om signalbehandling i fladskrme, s skal der dog stadig sendes data til skrmen fra grafikkortet og den hastighed med hvilken dette sker, kan man som bruger ikke rre ved p samme mde, som man kan med en CRT skrm. Opdateringsfrekvensen for en fladskrm er internt (dvs. pixeladresseringen i selve skrmen efter den har modtaget data fra DVI eller VGA kablet) fastsat til 60 Hz hvilket ikke medfrer flimren, som det ville gre p en CRT skrm, men til gengld begrnser det drastisk den data du kan sende til skrmen fra f.eks. et spil. Da skrmen viser et statisk billede skal jnene dog ikke lngere snydes ved at blinke med skrmbilledet og som en konsekvens vil et statisk billede p en fladskrm vre helt roligt og langt de fleste spil vil kunne afvikles fornuftigt, s lnge responstiden kan flge med - mere om det til sidst.


Det man som bruger vil kunne opleve, hvis man er vandt til at spille hurtige spil der krver gode reflekser, er at de 60 Hz, som en fladskrm er begrnset til internt, ikke er tilstrkkeligt til at flge med dine egne reflekser. En god mus opdaterer med mellem 120 Hz og 200 Hz og du kan sledes f sendt dine bevgelser hurtigt nok videre til at en CRT skrm med en hj opdateringsfrekvens registrerer det. Hvis dit grafikkort samtidigt er i stand til at levere FPS nok til, at hver opdatering af skrmen modtager 1 billede fra grafikkortet (dvs. at dit grafikkort krer med en FPS hjere eller lig med skrmens opdateringsfrekvens), s kan du alts udnytte dine jnes potentiale et godt stykke hen af vejen. Dette er desvrre ikke tilfldet med en fladskrm idet den kun behandler sine data ved 60 Hz. Herved mister du alts en del information idet det grafikkort og din mus sagtens kunne levere varen, men adresseringen af hver pixel i fladskrmen er bare ikke hurtig nok til at udnytte det. Af samme grund er der mange serise FPS spillere der stadig svrger til CRT skrmene hvis prcisionen skal vre i top.


Hz og FPS


Mange blander ofte Hz og FPS sammen og konkluderer at den ene er det samme som den anden, hvilket er en typisk misforstelse. Som det ogs blev nvnt i vores artikel om opdateringsfrekvens og signalbehandling er der kun overensstemmelse mellem frekvensen p skrmen og helttalsdivisionen af billedhastigheden (FPS) nr V-sync er aktiveret i grafikkortet. At skrmen ikke flimrer har alts intet at gre med at dit grafikkort kan generere en masse frames - det bestemmes af skrmens opdateringsfrekvens alene. En skrm der krer ved 85 Hz kan sledes godt vise et spil hvor der genereres 200 FPS fra grafikkortet, men skrmen viser bare ikke alle 200 FPS idet skrmen jo kun opdaterer de 85 af dem. Ligeledes kan du sagtens kre med 10 FPS p en skrm der opdaterer ved 85 Hz uden at billedet af den grund flimrer. Der er alts 2 aspekter i forbindelse med om et spil afvikles flydende nok: Din skrm skal opdatere med en frekvens, der er hj nok til at dine jne ikke opfatter billedet som flimrende og dit grafikkort skal generere nok billeder til at du ikke opfatter bevgelserne som"hakkende". Dette er emnet den nste sektion.


Film vs. spil


Som nvnt i indledningen, s fr man ofte at vide at 25 FPS er mere end nok idet TV billeder vises ved denne hastighed. Der er dog et par vsentlige forskelle mellem film og spil p en computer, der gr sig gldende:


Motion blur: Pga. lukketiden p et kamera mm. er et billede p f.eks. en DVD ikke et krystalklart stillbillede, men derimod et lettere udtvret billede - motion blur. Denne effekt gr at billederne vil virke sammenhngende og udgre en kontinuert strm, selvom billedet i virkeligheden kun opdateres 25 gange i sekundet (ved 50 Hz). Et computerspil viser perfekte stillbilleder uden motion blur, selvom tiltag som f.eks. HDR og antialiasing kan give en hvis dimension af blur. Disse teknikker har dog ofte den bieffekt at de sluger en del GPU kraft med nedsat framerate til flge.



Ingen egenkontrol af bevgelser: Nr du ser en film har du ikke selv kontrol over bevgelsen af kameraet. I en first person shooter, vil du selv styre bevgelsen af skrmbilledet med musen, og mangel p respons p skrmen vil hurtigt opfattes idet det forventede resultat fra din hnd ikke observeres af dine jne.


Konstant billedhastighed: Billedhastigheden p et TV vil altid vre den samme. De 25 FPS skrmen viser ndres ikke nr der er mere eller mindre action p skrmen, som man kunne forvente af et spil der er afhngig af den nyeste og hurtigste computerhardware. En ndring i billedopdatering er meget synlig for jet idet der er tale om forholdsvis lave FPS og et spring fra f.eks. 85 FPS til 40 FPS i et spil vil vre synlige for de fleste, ikke mindst pga. nedgang i respons som beskrevet i punktet ovenover.



Hvor mange FPS skal jeg s have?


Nr der tales om FPS og hvad der er ndvendigt for at f en god spiloplevelse er det frst ndvendigt at gre sig klart hvad det er for et spil man sidder med. Hvis man spiller Civilization, hvor der sker forholdsvist lidt p skrmen og hurtigt skiftende billeder ikke er en vigtig faktor, er behovet for en hj framerate meget lav. Det sted hvor man oftest vil have det strste behov er i"first person shooters" der ogs har den rammende forkortelse"FPS" og af samme rsag har jeg undladt at bruge dette term om sdanne spil i artiklen. First person shooters er spil hvor dit udsyn i spillet er via jnene p den person du styrer med musen og sledes vil en bevgelse med musen skulle dreje hele landskabet som om du selv var til stede i spillet - dette stiller krav til dine FPS.



En varierende framerate vil ligeledes give anledning til at dine jne detekterer at der sker noget med billedet og at responsen fra spillet ndres til flge. Hvis grafikkortet ikke kan levere nok FPS til at modsvare de instrukser du giver computeren via musen vil du opleve input lag, hvor din grafik-hardware ikke kan flge med til at optegne de omrder du forsger at f vist ved at bevge musen - dette opleves som hakkende billeder og vil naturligvis delgge oplevelsen af en flydende bevgelse. For at opleve et spil som flydende er det sledes vigtigt at din framerate ikke varierer alt for meget imens du spiller.


Som du kan se af denne artikel s er der mange ting der spiller ind i sprgsmlet om hvad der er en acceptabel framerate og det br ogs vre klart at"25 FPS" ikke er svaret i generel forstand. Konstante 25 FPS kan sagtens opfattes som flydende i visse spil, men hvis der er behov for prcision og hvis man skal kunne udnytte den ultrahurtige repsons fra jnene, er behovet for at hve frameraten pludselig meget strre. Et endeligt svar p sprgsmlet lader alts til at vre specifikt for hver enkelt spil og den pgldende situation, men din krop har potentialet til at registrere et betydeligt antal FPS under de rigtige omstndigheder. Ngleordene i langt de fleste tilflde er alts konstant framerate, der br vre s hj som muligt for at ge prcisionen af bevgelserne p skrmen.


Hvad s med fladskrmen?


Nu er dette jo en side om fladskrme, s vi m hellere slutte af med et par kommentarer om hvad disse fnomener betyder for sdanne skrme. Som nvnt ovenfor og i vores artikel om opdateringsfrekvens og signalbehandling s er DVI indgangen p en fladskrm og den interne elektronik i fladskrmen begrnset til at arbejde ved 60 Hz. Som det nvnes s er dette i sig selv en begrnsning for hvor flydende du kan gre et spil i den forstand at du ikke kan f vist alle de billeder dit grafikkort kan producere over 60 FPS - dette er i sig selv en begrnsende faktor for hurtige spil, som frst kan rettes nr signalbehandligen i fladskrmen tilpasses hjere frekvenser.



Vr i denne forbindelse opmrksom p at responstiden for fladskrmens flydende krystaller ikke har noget med opdateringsfrekvens at gre, men blot giver en indikation om hvorvidt skrmen udadtil er i stand til rent faktisk at f vist de informationer TMDS recieveren modtager fra grafikkortet. Er responstiden for langsom, vil krystallerne ikke n at dreje sig til den rette position og i FPS spil vil dette fre til trailing, som minder en del i udseende om motion blur. Motion blur var jo, som nvnt fr, en god teknik til at f tingene til at se flydende ud p TV, men nr man selv sidder med musen og styrer kameraet er effekten ikke helt s nsket idet man herved igen kommer til at dje med en uprcis styring i spillet hvilket er mere delggende for oplevelsen end lave FPS. I skrivende stund er de hurtigste skrme p markedet i stand til at flytte sine krystaller med ca. 10 ms responstid for alle farveovergange, hvilket i teorien er nok til at flge med et 100 Hz signal s alt burde alts vre i sknneste orden. Fnomener som overdrive trailing gr dog at der stadig kan anes en smule trailing med selv de hurtigste skrme, men teknologien forbedres konstant og snart vil ogs disse smskavanker vre forsvundet.


Den lidt kedelige konklusion p dette er alts at dit hurtige hardware og dine endnu hurtigere jne ikke kan udnytte det fulde potentiale med en fladskrm hvis du vil spille med maksimal kontrol i first person shooters, s lnge opdateringsfrekvensen er lst p et lavt niveau. Quake-spillere har f.eks. rapporteret at de mister kontrollen med deres spiller (p en CRT skrm), nr frameraten snkes til f.eks. 60 FPS ift. 120 FPS. Har man ikke et absolut behov for at kontrollere spillet s hurtigt, som kroppen kan flge med til, s vil de fleste dog kunne leve med denne"skavank" og efterhnden som teknologien modnes, overgr fladskrmene da ogs CRT skrmene p flere og flere punkter, s det er blot er et sprgsml om tid fr hullet lukkes helt...






Denne artikel er blandt andet baseret p materiale fra flgende kilder:

http://www.tweakguides.com/Graphics_1.html

http://amo.net/NT/02-21-01FPS.html

http://amo.net/nt/05-24-01FPS.html

http://www.100fps.com/how_many_frames_can_humans_see.htm




Flere fokusartikler

HDT Tracker 2019

Det fulde HDR-kosystem (medio 2019)

20 Jun 2019 | Yoeri Geutskens |
Panasonic 2019 OLED

Frste indtryk: Panasonic 2019 OLED og LCD TV

26 Feb 2019 | Rasmus Larsen |
Dado Valentic

Video: Hvordan Hollywood-film farvegraderes i HDR & SDR

22 Feb 2019 | Rasmus Larsen |
LG Rollable OLED TV

Frste indtryk: 2019 LG 4K & 8K OLED TV

04 Feb 2019 | Rasmus Larsen |
Philips 2019 TV

Frste indtryk: Philips 2019 OLED & LCD TV

30 Jan 2019 | Rasmus Larsen |
Samsung 2019 TV

Frste indtryk: Samsung 2019 8K og 4K 'QLED' LCD TV

28 Jan 2019 | Rasmus Larsen |
Sony 8K TV

Frste indtryk: Sony 2019 8K og 4K TV

17 Jan 2019 | Torben Rasmussen |
Bedste fra CES 2019

Det bedste fra CES 2019

11 Jan 2019 | Flatpanels |