48帧是不是技术的进步（二）人眼能否分辨30帧以上的画面 | 谣言粉碎机小组 | 果壳网 科技有意思
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上一贴反方观点中有几个硬伤的地方就不重复了，不过最后还剩下的几个矛盾处在于：1.人眼能否分辨30帧以上的画面2.人眼如果不能分辨30帧以上的画面，游戏画面为什么刷新率在60～120帧？3.为什么游戏60～120有时会卡顿，而电影24却很流畅？以下转自360图书馆，不代表楼主观点。只是贴出来供大家讨论一下：公元1000年间汉人发明的走马灯也许是世界上最早应用到视觉暂留原理的东西了，灯内点上蜡烛，烛产生的热力造成气流，令轮轴转动。轮轴上有剪纸，烛光将剪纸的影投射在屏上，图象便不断走动。因多在灯各个面上绘制古代武将骑马的图画，而灯转动时看起来好像几个人你追我赶一样，故名走马灯.后来法国人保罗·罗盖在1828年发明了留影盘，它是一个被绳子在两面穿过的圆盘。盘的一个面画了一只鸟，另一面画了一个空笼子。当圆盘旋转时，鸟在笼子里出现了。究其原理，物体在快速运动时, 当人眼所看到的影像消失后，人眼仍能继续保留其影像0.1-0.4秒左右的图像，这种现象被称为视觉暂留现象。是人眼具有的一种性质。人眼观看物体时，成像于视网膜上，并由视神经输入人脑，感觉到物体的像。但当物体移去时，视神经对物体的印象不会立即消失，而要延续0.1 -0.4秒的时间，人眼的这种性质被称为“眼睛的视觉暂留”。当年的宋朝人显然没有意识到视觉暂留的重大意义，时至今日，这种现象广泛的应用在人们生活的方方面面，无论是之前的CRT显示器，还是液晶或者等离子；无论是胶片，模拟信号还是蓝光，数字图像，无一例外用到了人眼的视觉暂留。而帧数就是在1秒钟时间里传输的图片的量，也可以理解为图形处理器每秒钟能够刷新几次，通常用fps（Frames Per Second）表示。每一帧都是静止的图象，快速连续地显示帧便形成了运动的假象。人眼分辨帧数 关于“人眼不能分辨超过每秒30帧的画面后来人们通过研究发现，高的帧率可以得到更流畅、更逼真的动画，要生成平滑连贯的动画效果，帧速率不能小于8；每秒钟帧数 (fps) 愈多，所显示的动作就会越流畅,但与此同时，文件体积会变得越大。一般来说人眼能继续保留其影像1/24秒左右的图像，所以一般电影的帧速率为24fps。相对于游戏而言，无论帧率有多高，60帧或120帧，最后一般人能分辨到的不会超过30帧。大家可能会问：既然人眼每秒只能分辨出30帧的图像，那么游戏30帧就流畅啦，那干嘛还要到60帧，甚至是120帧？而很多人都有切身体验，30帧对于FPS为代表的游戏来说，是远远不够的，而即使平均帧速率超过30FPS不少，依然不能杜绝卡顿的现象，这非常之不科学啊！事实上游戏画面的帧数并不像电影那样间隔时间相等，而是忽快忽慢，所以肉眼观察出30帧游戏有卡顿现象完全是有可能的！之前的游戏性能测试，均是利用软件或者游戏自带的Benchmark程序，测试出一段场景内的最大最小平均帧数。一般来说这种测试方法可以反映显卡的真实性能，但并不完美。为了研究清楚上面提到的现象，我们引入了最近关注度比较高的另一种测试方法，来让显卡的测试更加科学——每帧生成时间测试。测试方法就是使用我们的老朋友Fraps fps软件，在上面并不常用的Frametimes选项前面打勾。这样测试完毕的结果是我们有了下面的数据：黄色和灰色数据是Fraps软件自动生成的数据，绿色部分是我们通过一个简单的函数算出来的每帧生成时间。我们选择了一款要求比较低的DX10游戏FarCry2来测试，这款游戏自带Benckmark，而且各种游戏特效选项一应俱全。测试设置如上图所示，DX9模式下，所有特效全部开到最高，包括8XAA。整个测试过程生成了数千帧，本次测试我们考察了前一千帧数据，这个数据量已经足以说明问题。而两次测试相似的曲线也说明出现较大延迟并非偶然。可以看出基本上每帧的生成时间都在10-15ms，但是极个别帧数冲到了20多毫秒甚至35毫秒秒以上！同样如果是大多数帧数在30-40ms，那有可能个别帧数会冲到100ms以上，如果在游戏中感觉到了卡顿，那么这些帧无疑就是罪魁祸首！看到这里，前面的设想可以说得到了初步的验证。游戏卡顿现象终于揭开了面纱的一角。现在我们离真相已经很近了，电影虽然只有24帧每秒，但由于每两帧之间的间隔均为1/24秒，所以人眼不不会感觉到明显的卡顿，游戏即使达到30帧每秒，但如果这一秒钟内，30帧不是平均分配，就算是每秒60帧，其中59帧都非常流畅，而有一帧延时超过1/24秒，依然会让我们感觉到明显的卡顿。请注意，这种情况下，最低帧数依然是60FPS/s！那那些因素会造成个别帧渲染时间超长呢？想要论证这个现象，首先有必要提一下游戏画面渲染的原理。和电影的顺序播放不同，游戏的帧数完全是实时渲染而成的。每一帧从生成到渲染完毕，过程非常复杂。简单来说，先要生成三维图像模型（几何模型），将它们保存在自身的建模空间，然后通过模型变换将单独的几何模型移动到世界坐标系中，然后通过被称为“相机变换”的过程，将几何模型的世界坐标系转换为摄像机坐标。相机坐标的参数包括投影方式、近平面、远平面、视野和屏幕的长宽比例，它们决定了物体从相机坐标系投影变换到屏幕坐标系的位置。这些参数实际上定义了一个视域四棱锥，也叫做视锥体。然后通过裁剪优化算法，通过投影到平面生成最初的二维画面。接着通过消隐、光照计算、纹理映射、颜色融合等光栅化操作来算出相对正确的像素颜色，呈现出凹凸感、阴影、景深等效果，生成最后的游戏画面。一帧画面的诞生，至少包含了上述所有步骤，而其中每一步出现问题和延迟，都会对最终成像速度造成影响。了解了这些，我们可以大胆猜测一下，可能是其中某些环节的不正常迟滞造成了个别帧渲染时间过长，最后导致画面卡顿。于是我们做了下面几组测试以求获知真相。首先笔者怀疑是某些特效拖了后腿，火焰效果，物理加速和真实树这几个特效嫌疑很大，试想爆炸瞬间，如果火焰效果占用资源，或者物理加速和CPU的沟通延时这些都有可能是导致个别帧效率低下的罪魁祸首。关闭了这几个特效，依然有几帧出现了夸张的延时，看来他们并不是关键症结。众所周知，动态阴影的实时渲染是一项非常考验显卡的特效，问题会不会出在它身上呢？我们降低特效测试以期有所发现。最有嫌疑的几种特效都证明是无辜的，或者说至少不是主犯，莫非一开始就想错了方向？不管怎样，这次的测试应该有所收获了。将特效分别调至高和低，出现了更多的异常帧。这说明了什么呢？说明我们依然没有找到延迟的问题所在，但我们离真相已经不远了，因为按照排除法，剩下的特效已经不多了。我们将画质和AA都调至最低，仅仅保留所谓的DX10效果，这时候异常帧已经变得非常罕见，看来AA是让帧时间变长的重要原因，但它依然没有完全杜绝，那最后我们只剩下一线希望了，如果这一次依然无果，我们前面所有的努力都将变得毫无意义。测试的最后，我们终于获得一份满意的答案，在开启DX9模式，不开启AA，但是开启其他特效的情况下，我们终于获得了这样的一组光滑完美的曲线！这意味着我们终于找出了让游戏卡顿的罪魁祸首——AA和DX10。回过头来我们分析一下为什么他们会让个别帧产生如此夸张的延迟。抗锯齿（Anti-aliasing）：标准翻译为”抗图像折叠失真“。由于在3D图像中，受分辨的制约，物体边缘总会或多或少的呈现三角形的锯齿，而抗锯齿就是指对图像边缘进行柔化处理，使图像边缘看起来更平滑，更接近实物的物体。它是提高画质以使之柔和的一种方法。如今最新的全屏抗锯齿（FullSceneAnti-Aliasing）可以有效的消除多边形结合处（特别是较小的多边形间组合中）的错位现象，降低了图像的失真度。全景抗锯齿在进行处理时，须对图像附近的像素进行2-4次采样，以达到不同级别的抗锯齿效果。简单的说也就是将图像边缘及其两侧的像素颜色进行混合，然后用新生成的具有混合特性的点来替换原来位置上的点以达到柔化物体外形、消除锯齿的效果。通过以往的测试，编辑认为抗锯齿对显存的容量和带宽、延迟都提出了很高的要求，虽然FarCry2这款游戏对显卡核心要求不高，但抗锯齿倍数过高造成频繁的像素采样，依然有可能堵塞存储堆栈，造成个别画面延迟异常。DirectX 10DirectX 10最大的革新就是统一渲染架构（Unified Shader Architecture）。DX9之前的各类图形硬件和API均采用分离渲染架构，即顶点渲染和像素渲染各自独立进行，前者的任务是构建出含三维坐标信息的多边形顶点，后者则是将这些顶点从三维转换为二维，这样便可以通过视觉欺骗在屏幕上显示出“三维”的场景。微软在DirectX 10中提出了统一渲染架构的思想：在相同物理类型的渲染单元上执行不同类型的渲染程序。换句话说，只用一种渲染单元，让它既能完成顶点渲染，也能完成像素渲染，甚至还能实现几何渲染。这样一来，渲染单元可以得到最大程度的利用，减少了资源闲置的情形。但是，相对顶点渲染来说，像素渲染将面临大规模使用纹理所带来的材质延迟，这是统一渲染架构不得不面对的现实。最为流行的FPS游戏依然采用DX9C，职业竞技选手不喜欢高画质高AA也许并非偶然，文章的最后，我们几乎可以得出这样一个结论：高AA和DX10特效是流畅画质的杀手。限于篇幅的限制，我们很难在此进一步探索不同硬件对超时帧产生的影响，本文的测试和讨论也只是揭开了渲染效率的冰山一角。
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前半部分解释了为什么我的A卡低帧数但是还是很流畅，我的N卡高帧还是不舒服的原因。后半部分回去试试看。
文章看得出来是很久以前的了。。。
我真晕，你怎么知道所有人都认为24帧足够连贯？作为一个电影爱好者，我可以负责的告诉你，每次在电影院看到大动态的镜头，我都得闭上眼睛，逃避模糊的图像造成的不适。
引用 的话：我真晕，你怎么知道所有人都认为24帧足够连贯？作为一个电影爱好者，我可以负责的告诉你，每次在电影院看到大动态的镜头，我都得闭上眼睛，逃避模糊的图像造成的不适。大动态的镜头 ,图像模糊的原因还包括摄影机的“功劳”。拍摄的每帧图像本身就带拖影，播放时的帧速再高也白搭。
引用 的话：大动态的镜头 ,图像模糊的原因还包括摄影机的“功劳”。拍摄的每帧图像本身就带拖影，播放时的帧速再高也白搭。帧速高了，每帧的时间就短，拖影也会更少。
游戏还涉及到操作取样的问题.
摄影的“帧速”和“曝光时间”我一直没搞清楚。比如在暗场景下，用单反测光，一般要1/4秒以上的曝光时间。也就是说，必须给胶片0.25秒的时间才能成清晰的像。但是摄影要一秒走24帧，怎么才能曝光1/4秒呢？胶片停留在镜头前的时间是固定1/24秒啊。还是说，摄影机用的镜头牛13，不需要1/4？或者，电影里的“暗”都是造假的？拍的时候原本是亮的？百思不得其解
引用 的话：影的“帧速”和“曝光时间”我一直没搞清楚。比如在暗场景下，用单反测光，一般要1/4秒以上的曝光时间。也就是说，必须给胶片0.25秒的时间才能成清晰的像。但是摄影要一秒走24帧，怎么才能曝光1/4...你说的几种情况都会有：一、镜头，使用实际通光量更大的镜头，这也是为什么电影镜头更贵的原因之一。二、提高环境亮度，这个实际上是最常见的拍摄手段。实际场景是很亮的，然后通过滤色片啊，后期啊什么的来获得一个暗环境的效果。三、提高胶片感光度，电影胶片的感光度范围远比摄影胶片大——因为电影原本也不那么在乎噪点。这也是早期大家玩胶片机的时候，有些同志拿电影胶片剪了装盒用的原因之一。到目前这个状态下，由于胶片已经不是主流了……呃……基本快淘汰了。所以都采用数字化手段拍摄了。反倒是更加方便了，感光度不再需要拆片盒装片盒，按按钮就搞定了。所以实际更简单了。
引用 的话：你说的几种情况都会有：一、镜头，使用实际通光量更大的镜头，这也是为什么电影镜头更贵的原因之一。二、提高环境亮度，这个实际上是最常见的拍摄手段。实际场景是很亮的，然后通过滤色片啊，后期啊什么的来获...谢谢科普。不过即使使用了数码感光，还是一张张拍出来的吧，也就是说，还是有感光的问题。不过CCD，CMOS之类的比胶片敏感，可能问题少点。
引用 的话：谢谢科普。不过即使使用了数码感光，还是一张张拍出来的吧，也就是说，还是有感光的问题。不过CCD，CMOS之类的比胶片敏感，可能问题少点。当然是一张张拍出来的啦。我说的就感光没问题……大通光量+高亮度+高感光度，感光有什么问题呢？
引用 的话：当然是一张张拍出来的啦。我说的就感光没问题……大通光量+高亮度+高感光度，感光有什么问题呢？没问题，呵呵，我是说，为了拍好，还是要做其他增强，比如现场控光，使用大镜头等等等等。。。。。。你说的以及很明白了，学习了。
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人之所以能够看到东西,是因为光能透射到视网膜,然后通过神经传导至中枢.光从进入眼球到视网膜需透过几层屈光介质,它们分别是角膜、房水、晶状体、以及玻璃体.这几层屈光介质里总不会是完全的清澈透明的,可能是先天性遗留的杂质,或者是后天所产生的比如炎症或是空气中的灰尘进入眼睛后所留下的.所以阳光下因为光线比较强,能够看到.还有因为房水在前房以及后房里是不断循环的,眼球运动的时候液态的房水自然速度会受影响.所以会产生阳光下的“特异功能”.当然这既不是特异功能也不是眼睛有问题,每个人都会有这样的感觉的.引用：目前我就知道能看见的细胞有卵细胞,还有一些植物的纤维细胞（如苎麻茎的韧皮纤维细胞）,都是个比较大的.据目前科学认为,肉眼能看见的细胞就是卵细胞以及部分植物的纤维细胞.
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