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明明动的一样快,电影里面就是跑,游戏里面却像放幻灯片

Discussion in '知乎日报' started by 漂亮的石头, 2015-12-05.

  1. 漂亮的石头

    漂亮的石头 版主 Staff Member

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    为什么认为游戏帧数要到 60 帧每秒才流畅,而大部分电影帧数只有 24 帧每秒?

    [​IMG] 知乎用户,写程序的远程工作者

    先下结论:没错,游戏没 60 帧就是不流畅,但电影只需要 24 帧就真的让你觉得流畅。

    很多很多人说,游戏 60 帧人眼没法识别啊,其实 30 帧就够了,什么,你说非得 60 帧才行那是你心理作用啦。哦?你说 30 帧和 60 帧真的有区别。哦,那是因为显示器刷新率问题啦,还有垂直同步机制搞的鬼啦。

    以上都是鬼扯。

    我个人的主观感受,玩特定类型的游戏(例如 FPS 游戏),当帧率达到 60 以上,我就会觉得很流畅,而且继续提高帧率也不会让我感觉游戏变得更流畅。当帧率降低到 30 帧的时候,可以主观感受到游戏在变卡。降低到 30 帧以下,明显变卡,体验很差。降低到 10 帧之下,游戏变幻灯片,完全没法玩。

    不只是我,我的很多朋友也是这个体验,网上论坛交流可知很多人也是这个体验。如果你的感受跟上面一样,相信我,说明你是正常人。如果有人告诉你那是心理作用或者错觉,那是因为他在鬼扯。

    那么,如果你面前有一台显示器,里头播着游戏的画面。而游戏的帧率(即游戏画面中现实的 fps 值)即是你显示器真正每秒打在你眼睛视网膜内的画面数目。不考虑中间其他乱七八糟的机制(垂直同步还是必须考虑,所以我假定关了垂直同步。)

    那么问题就来了,为什么游戏帧率要达到 60 帧才可以完美流畅,而电影只需要 24 帧即可呢?

    首先,还是不得不提视觉暂留这个概念。我们知道,我们之所以看到的电影画面、游戏画面是连续的,就是因为我们眼睛视网膜上成的像不会立即消去,因此间断的图像会让我们看起来像连续的影像。

    视觉暂留英文Persistence of vision)是光对视网膜所产生的视觉,在光停止作用后,仍保留一段时间的现象,其具体应用是电影的拍摄和放映。

    原因是由视神经的反应速度造成的,其时值约是 1/16 秒,对于不同频率的光有不同的暂留时间。是动画、电影等视觉媒体形成和传播的根据。比如:直视太阳数秒后,人眼将残留一个强光源的影像。我们日常使用的日光灯每秒大约熄灭 100 余次,但我们基本感觉不到日光灯的闪动。这都是因为视觉暂留的作用。

    所以,要达成最基本的视觉暂留效果至少需要 10fps(参考视频帧率)。​

    wikipedia.org 的页面

    这里似乎有些奇怪的地方,因为其中提到 10fps 就可以达成基本的条件,而视神经的反映速度时值约是 1/16 秒。

    意思是,10 fps 很流畅,16 fps 以上人眼感受不出区别。不对啊,这个 fps 我还在看幻灯片呢。

    因此,我不得不得出这个结论:人主观觉得画面是否流畅,帧率只是因素之一

    比如说,还有这么一个因素。首先,请想象真实世界中有一个快乐的王尼玛在奔跑。场面应该是这样的。

    [​IMG]

    然后,鉴于图像会在视网膜停留平均 1/16 秒。因此,我们经测量发现,真实世界中的王尼玛在 1/16 秒内能移动 1 米。

    [​IMG]

    那么,视网膜传给大脑的 1/16 秒中王尼玛的像是什么样子的呢?是一张面目清晰的王尼玛的脸吗?错,人眼的成像更像照相机。实际上看起来应该是这样子的。

    [​IMG]

    王尼玛的移动速度如此之快,以至于你看不清他的面容。但是你的大脑知道这个特质,因此,只有当看不清王尼玛面容的时候,大脑才感觉自然。此时,真实世界的场景是如此流畅,王尼玛就像风一样移动。

    如果这个王尼玛是游戏渲染出来的。那么,如果帧率只有 16 fps,那么对于每一个 1/16 秒,人眼看到的画面应该是这样的。

    [​IMG]

    大脑在比较前几帧和后几帧后,通过王尼玛位置的变化发现王尼玛的移动速度是如此之快。于是大脑就吐槽:“这不科学,我居然能看清王尼玛的脸。”

    游戏老老实实渲染出每一帧王尼玛的清晰面容,却被到大脑视为不再自然的。于是不流畅的感觉就产生了。

    但是,当我们把游戏的帧率提高到 64 fps 的时候。在 1/16 秒内游戏渲染出了 4 张王尼玛的脸。这时画面是这样的。

    [​IMG]

    但是请注意,人眼睛是按顺序依次看到这四张图片,但是因为视觉暂留机制,前一张图片会暂留,从而与后面的图片叠在一起。叠在一起后大脑看到的什么样子我也不知道,我就大概画个叠在一起后出来的玩意吧。

    [​IMG]

    大脑一看,这啥玩意,不过看起来好像很模糊的样子,不管了,好像很真实的样子。

    于是我们发觉,64 fps 的游戏画面比 16 fps 的游戏画面更加自然

    之于电影么。电影可是真拍出来的,摄像机的结构和人眼睛的结构极其类似。你仔细观察电影的截图,你会发现有大幅度动作的截图都很模糊。

    换那句话说,当人看到明明运动很快的物体却清晰可见没有变模糊的时候,会感觉不自然。电影当然不会有这种困扰。

    原问题的评论中有提及日本动画的情况。我刚好写完答案后看了 fate stay night 最新一集。贴个图来说明情况吧。

    [​IMG]

    抬手。

    [​IMG]

    注意指尖,刻意画出的效果线和模糊效果。这种效果线在漫画中也可以见到,用于表现运动模糊。这可不是因为摄影器材造成的模糊,而是故意画出来以表现快速运动的效果。

    [​IMG]

    收手后指尖停止运动,可以对比上一张图看出区别。

    不光是动画,漫画也可以。

    [​IMG]

    注意画面中人物身体不同部位的画法也不尽相同,高速运动的身体部位(如桃白白的手,孙悟空的腰部和头发),都做了运动模糊处理。

    换句话说,我们直觉上认为,快速的东西就该看不清。

    感谢评论中不少人提醒我,游戏的帧率不稳定也是造成不流畅感的重要原因。我深以为然。实际上,回到 原来的问题,“为什么游戏要很高帧才不卡,而电影在很低帧就可以感觉很流畅?”,显然原因是多种多样的。绝不会只有一个原因。

    不过我的答案只针对其中一个原因进行了探讨,其他原因我就不想多做论述了,原问题的其他答案都答得很好,可以参考他们的答案。

    此外,还有一些人用游戏帧率不稳定才是原因这一点来反驳我。我只想说,建议你玩玩那些老的、fps 锁定在 30 的游戏。因为硬件性能的富裕,可以保证你绝对稳定在 fps 30 左右。然后再来看看相对于那些稳定的 fps 60 的游戏,是不是流畅程度相同。多因素的问题必须控制变量,游戏的“帧率稳定”、和“fps 值”是两个因素,请保证这两个因素的某一个是一致的再来比较流畅。

    我不否认游戏帧率不稳定是一个很重要的原因,但我也不认为我所说的原因就不重要。这两者并不矛盾。

    原问题:为什么认为游戏帧数要到 60 帧每秒才流畅,而大部分电影帧数只有 24 帧每秒?

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