Je passe beaucoup trop de mes premières minutes tendres dans un nouveau jeu avec un compteur de framerate fonctionnant dans le coin de mon écran. Je joue, hypersensible aux moindres accrocs, plongeant dans et hors des paramètres graphiques pour optimiser, et m'inquiéter, et optimiser et m'inquiéter à nouveau.
Je jure que je n’ai pas ce compteur en marche tout le temps. Ce serait malsain, non ? Mais le framerate est important pour nous. C’est la mesure de base par laquelle nous évaluons à la fois nos plates-formes et les capacités techniques d’un jeu. Et pourquoi pas? Un compteur de framerate ne ment pas. Il rapporte un nombre simple et direct. Dans un monde incertain, c’est une chose à laquelle nous pouvons faire face.
Mais peux-tu voir des framerates élevés ? Ainsi commence une dispute aussi vieille que les jeux PC, une guerre constante et confuse dans laquelle l’orgueil s’oppose à une science fragile. Mais la rage d’Internet mise à part, c’est une question intéressante, d’autant plus qu’elle concerne la principale façon dont nous vivons les jeux informatiques. Quoi est le framerate maximum que l'œil humain voit ? Dans quelle mesure la différence entre 30 Hz et 60 Hz est-elle perceptible ? Entre 60 Hz et 144 Hz ? Au-delà de quel point est-il inutile d'afficher un jeu plus rapidement ?
La réponse est complexe et plutôt confuse. Vous pourriez ne pas être d’accord avec certaines parties ; certains peuvent même vous mettre en colère. Les experts en ophtalmologie et en cognition visuelle, même ceux qui jouent eux-mêmes à des jeux, peuvent avoir un point de vue très différent du vôtre sur ce qui est important dans les images fluides affichées par les ordinateurs et les moniteurs. Mais la vue et la perception humaines sont des choses étranges et compliquées, et elles ne fonctionnent pas vraiment comme elles le semblent.
Aspects de la vision
La première chose à comprendre est que nous percevons différemment différents aspects de la vision. Détecter un mouvement n’est pas la même chose que détecter la lumière. Une autre chose est que différentes parties de l’œil fonctionnent différemment. Le centre de votre vision est doué pour des choses différentes de celles de la périphérie. Et une autre chose est qu’il existe des limites naturelles et physiques à ce que nous pouvons percevoir. Il faut du temps pour que la lumière qui traverse votre cornée devienne une information sur laquelle votre cerveau peut agir, et notre cerveau ne peut traiter cette information qu'à une certaine vitesse.
Encore un autre concept important : l’ensemble de ce que nous percevons est plus grand que ce que n’importe quel élément de notre système visuel peut réaliser. Ce point est fondamental pour comprendre notre perception de la vision.
On ne peut pas prédire le comportement de l’ensemble du système en se basant sur une seule cellule ou un seul neurone, me dit Jordan DeLong. DeLong est professeur adjoint de psychologie au St Joseph’s College de Rensselaer et la majorité de ses recherches portent sur les systèmes visuels. Nous pouvons réellement percevoir des choses, comme la largeur d’une ou deux lignes alignées, plus petites que ce qu’un neurone individuel peut faire, et c’est parce que nous faisons une moyenne sur des milliers et des milliers de neurones. Votre cerveau est en réalité bien plus précis qu’une partie individuelle de celui-ci.
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Les joueurs... [sont] une population vraiment étrange de personnes qui fonctionnent probablement à des niveaux [de vision] maximaux.
Professeur adjoint Jordan DeLong
Et enfin, nous sommes spéciaux. Les joueurs de jeux informatiques ont certains des meilleurs yeux qui soient. Si vous travaillez avec des joueurs, vous travaillez avec une population vraiment étrange de personnes qui opèrent probablement à des niveaux proches du maximum, explique DeLong. C'est parce que la perception visuelle peut être entraînée et les jeux d'action sont particulièrement efficaces pour entraîner la vision .
[Les jeux sont] uniques, l'un des seuls moyens d'augmenter massivement presque tous les aspects de votre vision, donc la sensibilité aux contrastes, les capacités d'attention et le suivi d'objets multiples, me dit Adrien Chopin, chercheur post-doctorant en sciences cognitives. Tellement bien, en fait, que les jeux sont utilisés dans les thérapies visuelles.
Donc, avant de vous fâcher contre les chercheurs qui parlent des fréquences d'images que vous pouvez et ne pouvez pas percevoir, félicitez-vous : si vous jouez à des jeux riches en action, vous êtes probablement plus perspicace des fréquences d'images que la personne moyenne.
Percevoir le mouvement
Passons maintenant à quelques chiffres. La première chose à laquelle il faut penser est la fréquence de scintillement. La plupart des gens perçoivent une source de lumière vacillante comme un éclairage constant à une fréquence de 50 à 60 fois par seconde, ou hertz. Certaines personnes peuvent détecter un léger scintillement dans une ampoule fluorescente de 60 Hz, et la plupart des gens verront des taches scintillantes sur leur champ de vision s'ils font un mouvement rapide des yeux en regardant les feux arrière à LED modulés que l'on trouve dans de nombreuses voitures modernes.
Mais cela n’offre qu’une partie du puzzle lorsqu’il s’agit de percevoir des séquences de jeu fluides et fluides. Et si vous avez entendu parler d'études sur des pilotes de chasse dans lesquelles ils ont démontré leur capacité à percevoir une image affichée sur l'écran pendant 1/250ème de seconde, ce n'est pas non plus exactement ce qu'est la perception d'images de jeux vidéo fluides et fluides. . C'est parce que les jeux produisent des images en mouvement et invoquent donc des systèmes visuels différents de ceux qui traitent simplement la lumière.
Un ensemble classique de photos utilisées dans les discussions sur la persistance de la vision. Via David DeFino.
A titre d'exemple, il y a cette chose appelée la loi de Bloch . Fondamentalement, c’est l’une des rares lois de la perception, me dit le professeur Thomas Busey, directeur associé du département des sciences psychologiques et du cerveau de l’Université d’Indiana. Il indique qu’il existe un compromis entre l’intensité et la durée d’un éclair lumineux d’une durée inférieure à 100 ms. Vous pouvez avoir une nanoseconde de lumière incroyablement brillante et elle apparaîtra comme un dixième de seconde de lumière faible. En général, les gens ne peuvent pas faire la distinction entre des stimuli courts, brillants et longs et faibles en un dixième de seconde, dit-il. C'est un peu comme la relation entre la vitesse d'obturation et l'ouverture dans un appareil photo : en laissant entrer beaucoup de lumière avec une grande ouverture et en réglant une vitesse d'obturation courte, votre photo sera aussi bien exposée qu'une photo prise en laissant une petite quantité de lumière. lumière avec une ouverture étroite et une vitesse d'obturation longue.
Mais même si nous avons du mal à distinguer l’intensité des éclairs lumineux de moins de 10 ms, nous pouvons percevoir des artefacts de mouvement incroyablement rapides. Ils doivent être très spécifiques et spéciaux, mais vous pouvez voir un artefact à 500 ips si vous le souhaitez, me dit DeLong.
La spécificité concerne la manière dont nous percevons les différents types de mouvements. Si vous êtes assis immobile et regardez les choses bouger devant vous, c’est un signal très différent de la vue que vous obtenez lorsque vous marchez. Ils se concentrent sur des endroits différents, dit DeLong. La partie médiane de votre vision, la région fovéale, qui est la plus détaillée, est en fait une véritable poubelle lorsqu'il s'agit de détecter un mouvement, donc si vous regardez des choses au milieu de l'écran en mouvement, ce n'est pas si grave. quel est le taux de rafraîchissement ; vous ne pouvez pas le voir avec cette partie de votre œil.
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Mais à la périphérie de nos yeux, nous détectons incroyablement bien les mouvements . Avec un écran remplissant leur vision périphérique qui se met à jour à 60 Hz ou plus, de nombreuses personnes déclareront avoir la forte sensation de bouger physiquement. C’est en partie pourquoi les casques VR, qui peuvent fonctionner en vision périphérique, se mettent à jour si rapidement (90 Hz).
Cela vaut également la peine de considérer certaines des choses que nous faisons lorsque nous jouons, par exemple, à un jeu de tir à la première personne. Nous contrôlons en permanence la relation entre le mouvement de notre souris et la vue dans une boucle de rétroaction motrice perceptuelle, nous naviguons et nous déplaçons dans l'espace 3D, et nous recherchons et suivons également les ennemis. Nous mettons donc continuellement à jour notre compréhension du monde du jeu avec des informations visuelles. Busey dit que les avantages d'images fluides et rapidement rafraîchissantes résident dans notre perception du mouvement à grande échelle plutôt que dans les détails fins.
Mais à quelle vitesse pouvons-nous percevoir le mouvement ? Après tout ce que vous avez lu ci-dessus, vous pouvez probablement deviner qu'il n'y a pas de précis réponses. Mais il existe des réponses définitives, comme celle-ci : vous pouvez très certainement percevoir la différence entre 30 Hz et 60 Hz.
Quels framerates pouvons-nous vraiment voir ?
Certes, 60 Hz est meilleur que 30 Hz, manifestement meilleur, dit Busey. Voilà donc une réclamation Internet annulée. Et comme nous pouvons percevoir le mouvement à une vitesse plus élevée qu’une source de lumière vacillante à 60 Hz, le niveau devrait être plus élevé que cela, mais il ne s’en tiendra pas à un chiffre. Que cela plafonne à 120 Hz ou que vous obteniez une augmentation supplémentaire jusqu'à 180 Hz, je ne sais tout simplement pas.
Je pense qu'en général, une fois que vous dépassez 200 ips, cela ressemble à un mouvement régulier et réel, dit DeLong. Mais de manière plus régulière, il estime que la diminution du nombre de personnes capables de détecter les changements de douceur sur un écran se situe autour de 90 Hz. Bien sûr, les aficionados seront peut-être capables de faire de minuscules différences, mais pour le reste d’entre nous, c’est comme si le vin rouge était du vin rouge.
Chopin considère le sujet d’une manière très différente. Il ressort clairement de la littérature qu’on ne peut rien voir au-delà de 20 Hz, me dit-il. Et même si j’avoue avoir d’abord reniflé dans mon café, son argument a vite commencé à prendre beaucoup plus de sens.
Certes, 60 Hz est meilleur que 30 Hz, manifestement meilleur.
Professeur Thomas Busey
Il m'explique que lorsque nous recherchons et catégorisons des éléments comme cibles dans un jeu de tir à la première personne, nous suivons plusieurs cibles et détectons le mouvement de petits objets. Par exemple, si vous prenez la détection de mouvement d'un petit objet, quelle est la fréquence temporelle optimale d'un objet que vous pouvez détecter ?
Et des études ont montré que la réponse se situe entre 7 et 13 Hz. Après cela, notre sensibilité au mouvement diminue considérablement. Lorsque vous souhaitez effectuer une recherche visuelle, un suivi visuel multiple ou simplement interpréter la direction du mouvement, votre cerveau ne prendra que 13 images par seconde de flux continu, vous ferez donc la moyenne des autres images intermédiaires en une seule image.
Découvert par le chercheur Rufin vanRullen en 2010, cela se passe littéralement dans notre cerveau : vous pouvez voir une impulsion d'activité constante de 13 Hz dans un EEG, et cela est en outre corroboré par l'observation selon laquelle nous pouvons également ressentir le « effet roue de chariot ' que vous obtenez lorsque vous photographiez des images d'un objet à rayons en rotation. À la lecture, la séquence peut sembler montrer l’objet tournant dans la direction opposée. Le cerveau fait la même chose, dit Chopin. Vous pouvez voir cela sans caméra. Compte tenu de toutes les études, nous ne constatons aucune différence entre 20 Hz et plus. Passons au 24 Hz, qui est le standard de l’industrie cinématographique. Mais je ne vois pas l’intérêt d’aller au-delà.
Perception et réaction 
Cet article porte sur les fréquences d'images que l'œil humain peut percevoir. L'éléphant dans la pièce : à quelle vitesse pouvons-nous réagir à ce que nous voyons ? C'est une distinction importante entre les jeux et le film, qui mérite un autre article entier.
Alors pourquoi les jeux sentir nettement différent à 30 et 60 ips ? Il se passe bien plus que le framerate. Décalage d'entrée est le temps qui s'écoule entre la saisie d'une commande, cette commande étant interprétée par le jeu et transmise au moniteur, et le moniteur traitant et restituant l'image. Un décalage d'entrée trop important rendra n'importe quel jeu lent, quel que soit le taux de rafraîchissement de l'écran LCD.
Mais un jeu programmé pour fonctionner à 60 ips peut potentiellement afficher vos entrées plus rapidement, car les images sont des tranches de temps plus étroites (16,6 ms) par rapport à 30 ips (33,3 ms). Le temps de réponse humain n'est certainement pas si rapide, mais notre capacité à apprendre et prédire peut rendre nos réponses beaucoup plus rapides.
L’important ici est que Chopin parle de l’acquisition par le cerveau d’informations visuelles qu’il peut traiter et sur lesquelles il peut agir. Il ne dit pas que nous ne pouvons pas remarquer de différence entre les images à 20 Hz et à 60 Hz. Ce n’est pas parce que vous voyez la différence que vous pouvez être meilleur dans le jeu. , il dit. Après 24 Hz, vous ne vous améliorerez pas, mais vous vivrez peut-être une expérience phénoménologique différente. Il y a donc une différence entre efficacité et expérience.
Et même si Busey et DeLong ont reconnu l'attrait esthétique d'un framerate fluide, aucun d'entre eux n'a estimé que le framerate était tout à fait la finalité de la technologie de jeu que nous faisons peut-être. Pour Chopin, la résolution est bien plus importante. Nous sommes très limités dans l’interprétation de la différence dans le temps, mais nous n’avons presque aucune limite dans l’interprétation de la différence dans l’espace, dit-il.
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Pour DeLong, la résolution est également importante, mais uniquement pour la petite région centrale de l’œil qui s’en soucie, qui ne représente que quelques degrés de votre champ de vision. L’une des choses les plus convaincantes que j’ai vues concerne le suivi oculaire. Pourquoi n’appliquons-nous pas la pleine résolution uniquement pour les zones de l’œil où nous en avons réellement besoin ? Mais sa véritable préoccupation se porte sur les rapports de contraste. Quand nous voyons des noirs vraiment vrais et des blancs éclatants, c’est vraiment convaincant, dit-il.
Ce que nous savons vraiment
Après tout cela, que sait-on réellement ? Que le cerveau est compliqué et qu’il n’existe vraiment pas de réponse universelle qui s’applique à tout le monde.
- Certaines personnes peuvent percevoir le scintillement dans une source lumineuse de 50 ou 60 Hz. Des taux de rafraîchissement plus élevés réduisent le scintillement perceptible.
- Nous détectons mieux les mouvements à la périphérie de notre vision.
- La façon dont nous percevons le flash d’une image est différente de la façon dont nous percevons un mouvement constant.
- Les joueurs sont plus susceptibles d’avoir les yeux les plus sensibles et les plus entraînés lorsqu’il s’agit de percevoir les changements dans les images.
- Ce n’est pas parce que nous pouvons percevoir la différence entre les framerates que la perception a un impact sur notre temps de réaction.
Ce n’est donc pas un sujet clair et, par-dessus tout, nous devons également nous demander si nos moniteurs sont réellement capables de restituer des images à des fréquences d’images aussi élevées. Beaucoup ne dépassent pas 60 Hz, et Busey se demande si les moniteurs annoncés à 120 Hz affichent vraiment aussi vite (selon des tests très approfondis menés par TFTCentral , ils le font certainement). Et en tant que personne ayant également apprécié les jeux à 30 images par seconde (et souvent un peu moins) rendus par mes consoles, je peux m'identifier à eux, suggérant que d'autres aspects des affichages visuels pourraient mieux correspondre à ma perception visuelle.
D’un autre côté, j’aimerais entendre les équipes professionnelles parler de leurs expériences objectives avec le framerate et de la manière dont cela affecte les performances des joueurs. Peut-être qu’ils corroboreront ou contrediront la pensée scientifique actuelle dans ce domaine. Si les joueurs sont si spéciaux en matière de vision, peut-être devrions-nous être les fers de lance d’une nouvelle compréhension de celle-ci.
