Your browser is not Javascript enable or you have turn it off. We recommend you to activate for better security reason<div class="billede"><img src="billeder/mini_howmanyfps.jpg"></div> Hvor mange FPS har du brug for? - FlatpanelsDK

Hvor mange FPS har du brug for?

13 Aug 2006 | Torben Rasmussen (@flatpanelsdk) |

Vi har tidligere bragt en artikel om sammenhængen mellem opdateringsfrekvens og signalbehandlingen i en fladskærm og i forlængelse af dette, bringer vi her en udvidet artikel der går skridtet videre og beskriver opdateringsfrekvens og FPS i flere sammenhænge end for fladskærme specifikt.



Noget spilfolkene ofte slås om er spørgsmålet"Hvor mange billeder per sekund (FPS) har jeg brug for?". Der findes et hav af forskellige meninger og ofte er de baseret på erfaringer med at se film på katoderørs-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 på sin computer er dog langt fra det samme, hvilket jeg vil komme mere ind på i denne artikel og prøve at give en indikation om hvor meget vi mennesker rent faktisk er i stand til at registrere.


Det menneskelige øje


Før jeg begiver mig ud i at forklare om FPS og opfattelsen af spil, vil det være en fordel at forklare lidt om det analoge vidunder vi alle er ekviperet med - som uundgåeligt må være det mest essentielle led imellem selve spillet og hvad du opfatter - nemlig øjnene.





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



Stavceller: Den simpleste af de to celler, der har en højere koncentration langs ydersiderne af øjet, registrerer kun lys og disse celler har en utrolig hurtig respons. At disse celler har størst koncentration langs ydersiden af øjet kan du selv teste ved f.eks. at løfte blikket imod himlen på en mørk skyfi nat og registrere en svag stjerne med dit perifære syn (altså ud af siden af øjet) og derefter fokusere direkte på den. Stjernen vil da forsvinde indtil du igen fjerner fokus fra den.


Tapceller: En langt mere kompleks celle, der befinder sig især i den centrale del af nethinden lige ud for linsen og sørger for registreringen af farve. Disse celler kræver dog en del lys for at virke optimalt, hvilket også er tydeligt via den ovennævnte stjernetest, hvor man vil benytte tappene idet man fokuserer på stjernen og derved benytter mindre lysfølsomme celler. Du kan betragte tapcellerne som en svaret på en computers RGB angivelse, idet hver celle består af tre receptorer, der hver især opfatter intensiteten af hhv. rød, grøn og blå farver (dvs. af de ækvivalente bølgelængder af disse farver). Idet tapcellerne altså er mere komplekse end stavcellerne er de også langsommere til at reagere på lysinput.


Al den information der sendes via disse celler, igennem synsnerven til hjernens visuelle cortex hvor den afkodes, er kun undervejs i få 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 højere end noget der kan produceres på en computerskærm (langt over 200 billeder i sekundet). Det har således ikke været muligt at bestemme den fysiske grænse for hvor meget et menneske kan skelne, men faktum er at des højere frekvensen bliver des sværere bliver det at skelne to frekvenser fra hinanden - eksempelvis er det forholdsvist nemt at skelne 60Hz fra 120 Hz men straks sværere at skelne 150 Hz fra 210 Hz.


For at gøre tingene lidt mere komplicerede så reagerer øjet også forskelligt på lys og mørke. Sidder du og kigger på en lysende hvid væg, vil du således have svært ved at opdage hvis den i 1/100 af et sekund slukkede for derefter at lyse igen. Dette fænomen kaldes for efterglød og det betyder at øjet 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 på en CRT skærm som statisk - mere om det senere. Hvis man derimod sidder i et helt mørkt rum og tænder lyset i f.eks. 1/200 af et sekund, så ville dine følsomme stavceller med det samme registrere lyset og du ville være klar over at der var sket noget. Faktisk er det bevist at hjernen også kan identificere objekter der flashes hurtigere end 1/200 af et sekund for dine øjne.

Der er altså forskel på om det er lys eller mørke 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 fladskærme bliver teknikken i en fladskærm beskrevet, men for kort at opsummere forskellene mellem katoderørs skærme (CRT) og TFT LCD skærme, så vil jeg her forklare hvordan opdateringsfrekvensen har forskellige konsekvenser for de to typer skærme.


En CRT skærm består essentielt af tre elektronkanoner (en per farve), et sæt elektromagneter til at styre strålens position med og en fosforskærm hvor elektronstrålen ender og herved oplyser en plet (subpixel). Elektronstrålen fejer da hen over skærmen én linie af gangen og gentegner således alle skærmens linier et vist antal gange per sekund, hvilket betegnes som opdateringsfrekvensen. Da fosforen ikke er i stand til at opretholde sin eksiterede tilstand ret længe er det nødvendigt at lade elektronstrålen ramme hvert punkt ofte, hvorfor opdateringsfrekvensen på en CRT skærm helst skal ligge et godt stykke over de 60 Hz, som computerverdenen har døbt"flimmerfri". Des højere frekvens, des kortere er den slukkede tid for hvert skærmbillede og des mindre vil dine øjne lægge mærke til at billedet ikke er konstant. Idet øjet, som nævnt, er mindre følsomt overfor mørke kan man altså tillade sig at der er"mørke perioder" hvor fosforen ikke lyser, hvis blot der er tilstrækkeligt lyse perioder - dvs. en højere opdateringsfrekvens. Dvs. på grund af eftergløden, så slipper man altså godt fra dette trick alligevel.


På TFT LCD skærmen er scenariet et lidt andet, idet hver pixel jo ikke opdateres på samme måde. Groft sagt er en pixel enten tændt eller slukket og der ændres kun på farverne hvis billedet ændrer sig - dvs. skærmbilledet er essentielt statisk og har ikke behov for at blive gentegnet på samme måde som CRT skærmen. Helt statisk er billedet dog ikke idet lyset på skærmen jo kommer et sted fra og i dette tilfælde har det indtil nu kun været CCFL (Cold Catode Flourescent Light) kilder der leverer lyset og som en konsekvens blinker disse også i hurtigt tempo. Samtidigt opdateres hver pixel på en fladskærm på en tilsvarende måde som en pixel på en CRT skærm, dvs. skærmkontrolleren fortæller hver pixel hvilken farve den skal have, startende i det øverste venstre hjørne, og fortsætter linie for linie imod nederste højre hjørne.
Som nævnt i vores tidligere artikel om signalbehandling i fladskærme, så skal der dog stadig sendes data til skærmen fra grafikkortet og den hastighed med hvilken dette sker, kan man som bruger ikke røre ved på samme måde, som man kan med en CRT skærm. Opdateringsfrekvensen for en fladskærm er internt (dvs. pixeladresseringen i selve skærmen efter den har modtaget data fra DVI eller VGA kablet) fastsat til 60 Hz hvilket ikke medfører flimren, som det ville gøre på en CRT skærm, men til gengæld begrænser det drastisk den data du kan sende til skærmen fra f.eks. et spil. Da skærmen viser et statisk billede skal øjnene dog ikke længere snydes ved at blinke med skærmbilledet og som en konsekvens vil et statisk billede på en fladskærm være helt roligt og langt de fleste spil vil kunne afvikles fornuftigt, så længe responstiden kan følge med - mere om det til sidst.


Det man som bruger vil kunne opleve, hvis man er vandt til at spille hurtige spil der kræver gode reflekser, er at de 60 Hz, som en fladskærm er begrænset til internt, ikke er tilstrækkeligt til at følge med dine egne reflekser. En god mus opdaterer med mellem 120 Hz og 200 Hz og du kan således få sendt dine bevægelser hurtigt nok videre til at en CRT skærm med en høj opdateringsfrekvens registrerer det. Hvis dit grafikkort samtidigt er i stand til at levere FPS nok til, at hver opdatering af skærmen modtager 1 billede fra grafikkortet (dvs. at dit grafikkort kører med en FPS højere eller lig med skærmens opdateringsfrekvens), så kan du altså udnytte dine øjnes potentiale et godt stykke hen af vejen. Dette er desværre ikke tilfældet med en fladskærm idet den kun behandler sine data ved 60 Hz. Herved mister du altså en del information idet det grafikkort og din mus sagtens kunne levere varen, men adresseringen af hver pixel i fladskærmen er bare ikke hurtig nok til at udnytte det. Af samme grund er der mange seriøse FPS spillere der stadig sværger til CRT skærmene hvis præcisionen skal være 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 misforståelse. Som det også blev nævnt i vores artikel om opdateringsfrekvens og signalbehandling er der kun overensstemmelse mellem frekvensen på skærmen og helttalsdivisionen af billedhastigheden (FPS) når V-sync er aktiveret i grafikkortet. At skærmen ikke flimrer har altså intet at gøre med at dit grafikkort kan generere en masse frames - det bestemmes af skærmens opdateringsfrekvens alene. En skærm der kører ved 85 Hz kan således godt vise et spil hvor der genereres 200 FPS fra grafikkortet, men skærmen viser bare ikke alle 200 FPS idet skærmen jo kun opdaterer de 85 af dem. Ligeledes kan du sagtens køre med 10 FPS på en skærm der opdaterer ved 85 Hz uden at billedet af den grund flimrer. Der er altså 2 aspekter i forbindelse med om et spil afvikles flydende nok: Din skærm skal opdatere med en frekvens, der er høj nok til at dine øjne ikke opfatter billedet som flimrende og dit grafikkort skal generere nok billeder til at du ikke opfatter bevægelserne som"hakkende". Dette er emnet den næste sektion.


Film vs. spil


Som nævnt i indledningen, så får man ofte at vide at 25 FPS er mere end nok idet TV billeder vises ved denne hastighed. Der er dog et par væsentlige forskelle mellem film og spil på en computer, der gør sig gældende:


Motion blur: Pga. lukketiden på et kamera mm. er et billede på f.eks. en DVD ikke et krystalklart stillbillede, men derimod et lettere udtværet billede - motion blur. Denne effekt gør at billederne vil virke sammenhængende og udgøre en kontinuert strøm, 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 følge.



Ingen egenkontrol af bevægelser: Når du ser en film har du ikke selv kontrol over bevægelsen af kameraet. I en first person shooter, vil du selv styre bevægelsen af skærmbilledet med musen, og mangel på respons på skærmen vil hurtigt opfattes idet det forventede resultat fra din hånd ikke observeres af dine øjne.


Konstant billedhastighed: Billedhastigheden på et TV vil altid være den samme. De 25 FPS skærmen viser ændres ikke når der er mere eller mindre action på skærmen, som man kunne forvente af et spil der er afhængig af den nyeste og hurtigste computerhardware. En ændring i billedopdatering er meget synlig for øjet idet der er tale om forholdsvis lave FPS og et spring fra f.eks. 85 FPS til 40 FPS i et spil vil være synlige for de fleste, ikke mindst pga. nedgang i respons som beskrevet i punktet ovenover.



Hvor mange FPS skal jeg så have?


Når der tales om FPS og hvad der er nødvendigt for at få en god spiloplevelse er det først nødvendigt at gøre sig klart hvad det er for et spil man sidder med. Hvis man spiller Civilization, hvor der sker forholdsvist lidt på skærmen og hurtigt skiftende billeder ikke er en vigtig faktor, er behovet for en høj framerate meget lav. Det sted hvor man oftest vil have det største behov er i"first person shooters" der også har den rammende forkortelse"FPS" og af samme årsag har jeg undladt at bruge dette term om sådanne spil i artiklen. First person shooters er spil hvor dit udsyn i spillet er via øjnene på den person du styrer med musen og således vil en bevægelse 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 øjne detekterer at der sker noget med billedet og at responsen fra spillet ændres til følge. 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 følge med til at optegne de områder du forsøger at få vist ved at bevæge musen - dette opleves som hakkende billeder og vil naturligvis ødelægge oplevelsen af en flydende bevægelse. For at opleve et spil som flydende er det således vigtigt at din framerate ikke varierer alt for meget imens du spiller.


Som du kan se af denne artikel så er der mange ting der spiller ind i spørgsmålet om hvad der er en acceptabel framerate og det bør også være 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 præcision og hvis man skal kunne udnytte den ultrahurtige repsons fra øjnene, er behovet for at hæve frameraten pludselig meget større. Et endeligt svar på spørgsmålet lader altså til at være specifikt for hver enkelt spil og den pågældende situation, men din krop har potentialet til at registrere et betydeligt antal FPS under de rigtige omstændigheder. Nøgleordene i langt de fleste tilfælde er altså konstant framerate, der bør være så høj som muligt for at øge præcisionen af bevægelserne på skærmen.


Hvad så med fladskærmen?


Nu er dette jo en side om fladskærme, så vi må hellere slutte af med et par kommentarer om hvad disse fænomener betyder for sådanne skærme. Som nævnt ovenfor og i vores artikel om opdateringsfrekvens og signalbehandling så er DVI indgangen på en fladskærm og den interne elektronik i fladskærmen begrænset til at arbejde ved 60 Hz. Som det nævnes så er dette i sig selv en begrænsning for hvor flydende du kan gøre et spil i den forstand at du ikke kan få vist alle de billeder dit grafikkort kan producere over 60 FPS - dette er i sig selv en begrænsende faktor for hurtige spil, som først kan rettes når signalbehandligen i fladskærmen tilpasses højere frekvenser.



Vær i denne forbindelse opmærksom på at responstiden for fladskærmens flydende krystaller ikke har noget med opdateringsfrekvens at gøre, men blot giver en indikation om hvorvidt skærmen udadtil er i stand til rent faktisk at få vist de informationer TMDS recieveren modtager fra grafikkortet. Er responstiden for langsom, vil krystallerne ikke nå at dreje sig til den rette position og i FPS spil vil dette føre til trailing, som minder en del i udseende om motion blur. Motion blur var jo, som nævnt før, en god teknik til at få tingene til at se flydende ud på TV, men når man selv sidder med musen og styrer kameraet er effekten ikke helt så ønsket idet man herved igen kommer til at døje med en upræcis styring i spillet hvilket er mere ødelæggende for oplevelsen end lave FPS. I skrivende stund er de hurtigste skærme på markedet i stand til at flytte sine krystaller med ca. 10 ms responstid for alle farveovergange, hvilket i teorien er nok til at følge med et 100 Hz signal så alt burde altså være i skønneste orden. Fænomener som overdrive trailing gør dog at der stadig kan anes en smule trailing med selv de hurtigste skærme, men teknologien forbedres konstant og snart vil også disse småskavanker være forsvundet.


Den lidt kedelige konklusion på dette er altså at dit hurtige hardware og dine endnu hurtigere øjne ikke kan udnytte det fulde potentiale med en fladskærm hvis du vil spille med maksimal kontrol i first person shooters, så længe opdateringsfrekvensen er låst på et lavt niveau. Quake-spillere har f.eks. rapporteret at de mister kontrollen med deres spiller (på en CRT skærm), når frameraten sænkes til f.eks. 60 FPS ift. 120 FPS. Har man ikke et absolut behov for at kontrollere spillet så hurtigt, som kroppen kan følge med til, så vil de fleste dog kunne leve med denne"skavank" og efterhånden som teknologien modnes, overgår fladskærmene da også CRT skærmene på flere og flere punkter, så det er blot er et spørgsmål om tid før hullet lukkes helt...






Denne artikel er blandt andet baseret på materiale fra følgende 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

Klip kablet TV

Guide: Klip kablet til tv-pakken (2019-2020)

20 Sep 2019 | Flatpanels |
B&O Beosound Stage soundbar

Første indtryk: Beosound Stage soundbar & BeoVision Harmony TV

13 Sep 2019 | Rasmus Larsen |
HDR tydeliggjort

HDR tydeliggjort

29 Aug 2019 | Yoeri Geutskens |
AirPlay 2 TV

Oversigt: TV med AirPlay 2, HomeKit og Apple TV app

24 Jul 2019 | Rasmus Larsen |
8K TV

Hvorfor du ikke skal købe 8K TV i 2019

19 Jul 2019 | Rasmus Larsen |
HDT Tracker 2019

Det fulde HDR-økosystem (medio 2019)

20 Jun 2019 | Yoeri Geutskens |
Billigste tv-pakke

Guide: Den billigste tv-pakke (2019) - opdateret

14 Jun 2019 | Flatpanels |
Panasonic 2019 OLED

Første indtryk: Panasonic 2019 OLED og LCD TV

26 Feb 2019 | Rasmus Larsen |