為什么游戲要60幀才不卡而電影24幀就很流暢
文章出處:妙手電腦責任編輯:admin人氣:11發表時間:2021-07-19 12:48:24
玩過FPS動作類游戲的用戶應該都知道,一般在游戲過程中,如果FPS低于60就會感覺卡頓,30幀是游戲的最低極限。而對于電影來說,24幀卻不會讓人覺得卡頓,甚至12幀都不會讓人覺得卡,要是換做游戲的話12幀就已經卡成幻燈片了。下邊小編就來告訴大家關于這個問題的具體原因,小伙們仔細聽講哦.
原因一:電影和游戲的圖像生成原理不同
電影雖然只有24FPS,但是每一幀都包含了一段時間的信息,而游戲則只包含那一瞬間的信息。一個電影在一段時間內曝光,畫面的每一幀,都包含有一段時間的信息,這段時間的長度由快門時間決定,最長不能超過1/24秒,所以視頻中每一幀包含信息量較大。而游戲的第一幀包含第0秒的信息,第二幀包含了第1/24秒的信息,只有這一個瞬間的信息,這中間的信息完全丟失了,所以看起來會卡。
用圖來解釋一下,比如有一個圓從左上角移動到右下角,第一幀是這樣的:
如果是電影,第二幀可能是類似下圖這樣的(圖畫得不好但是就是這個意思):
如果是游戲的話,第二幀就應該是這樣的圖:
看出區別來了嗎?這是因為電影和游戲的畫面生成方式的本質不同造成的,電影的畫面是拍攝的實際場景,在快門時間內膠片/傳感器持續曝光,這一段時間里人物場景的變化都會被拍到膠片/傳感器上,每隔一段時間換下一張膠片再曝光一段時間。
而游戲的畫面則是由顯卡生成的,顯卡通過計算生成一幀畫面,生成完畢后再計算下一幀,這樣每一幀都是清晰的,不會有模糊,像我上面圖中的那個圓,不管他的移動速度是快是慢,顯卡只計算兩幀畫面,中間的移動軌跡一概不會顯示,我們看到物體就好像老版西游記里面孫悟空施一個法術“就”的一聲飛過去了。
這里大家可以花10秒鐘時間做一個非常簡單的實驗,先緩慢的揮手,發現手的影像是很清晰的,再快速的揮手,發現手的影像不清晰了,有了殘影,但是你絕對不會覺得畫面卡了,這就是電影的效果。我們再來模擬游戲的效果,先緩慢的移動鼠標,再快速的移動鼠標,發現了嗎,快速移動的時候鼠標卡了,鼠標是一下下的跳動過去的,這就是游戲的效果了,發現為什么卡了嗎。
游戲里無論移動速度快或慢,始終保持一秒鐘60幀畫面。當鼠標一秒60像素的時候,鼠標箭頭是1像素1像素的移動,一秒600像素的時候,箭頭就變成10像素10像素的移動了,中間10個像素的位置信息就丟失了,畫面就不連貫了,就卡了。電影里里面一米一米移動的時候,每幀的畫面是清晰,十米十米移動的時候,動作就會出現拖影,給人以動感的效果,連貫而不卡,看動作片時暫停就能看到拖影了。人眼的視覺暫留和相機拍攝視頻的原理類似的,人的眼睛不可能在第0秒看到一副畫面,到第1/24秒又看到一副畫面,而是連續的接受光照在視網膜上,持續曝光,所以快速揮手,可以看到手的殘影,效果跟電影里面的模糊類似的,就算FPS不高也不會卡了,而如果在游戲里面快速揮手,就只能看到手在兩邊來回跳,中間的畫面沒了,就卡了。
在上面的實驗中,如果試著更快速的移動鼠標,并且讓鼠標做出更復雜的動作,例如畫8字形,會發現中間丟失的關鍵幀更多了,越發顯得卡了。這也就可以解釋為什么RPG游戲以較低幀數運行的時候不覺得卡,而FPS游戲以低幀數運行的時候會卡了。這是因為FPS節奏快,人物移動迅速,甚至可以一秒鐘內整個場景轉上一圈,一旦幀數不高,中間的動作就會有斷檔,會覺得卡了,所以射擊游戲對幀數的要求更高。就像不管我們怎么移動鼠標,顯示器始終60FPS沒變,但是快速移動就是會卡,這是游戲和電影生成影像的原理本質不同造成的。并且射擊游戲對操作響應速度的要求非常高,一旦FPS低了操作也會反應不過來,RPG游戲對操作反應速度要求明顯低多了,像回合制的壓根就無所謂了,喝杯茶再來操作都行,射擊游戲里的生死都在毫秒間,幀數一低隨時掛掉,像Quake3中某個跳躍動作甚至還要求必須在125FPS以上才能完成。
現在很多游戲特別是賽車游戲,當速度變得很快的時候,會加入一個動態模糊的特效,就是模擬電影中這種高速運動的物體有拖影的效果,打開之后會覺得畫面連貫一些。但畢竟是模擬特效,還是不能和真拍出來的效果比,做得不好反而會畫虎成犬。
↑電影《星際穿越》畫面,可以看到很明顯的動態模糊。
↑這是早期的極品飛車,沒有任何動態模糊,一旦速度過快,畫面就顯得不流暢了。
↑這是現代的極品飛車,可以看到有較真實的動態模糊效果,這樣就顯得流暢多了。
想要體驗像游戲般卡頓感的視頻,大家可以去B站體驗,找一個60FPS的視頻,例如科技美學的評測:一代神機 諾基亞3310復刻版 開箱上手體驗測評「科技美學直播實錄」。打開視頻后在右下角選擇清晰度,超清為60FPS,其他則為30FPS,對比一下就會發現30FPS的版本明顯卡了很多,這是因為B站的30FPS就是把60FPS的去掉了一半的畫面,沒有動態模糊,信息量一下子少了一半,畢竟也沒有一種能自動補全動態模糊的技術,這時候你就能感覺到片頭的字幕和畫面是跳著走的,那巖的動作也極不流暢,這和游戲中的卡頓頗有異曲同工之妙。如果這個視頻一開頭就是用30FPS拍的,那顯然不會如此卡頓。
原因二:電影的FPS是穩定的,而游戲則是不穩定的。
電影雖然是24FPS,但是他固定每隔1/24秒換一次畫面,畫面出現頻率是固定的,這點雷打不動,畫面之間間隔時間是穩定的。而游戲乍一看是60FPS沒錯,但是為什么同樣是60FPS,有的流暢有的卡頓呢,有人就曾經做評測研究過,為什么一模一樣的FPS,有些顯卡會感到“頓卡”呢。評測是這樣的,他記錄了在一秒里面,每一幀都在什么時候出現,于是一下子真相大白,流暢的顯卡,他60幀畫面差不多是每隔約1/60秒出現一次,也就是說顯卡穩定的每隔一段固定的時間生成一副畫面,卡頓的顯卡,可能前半秒生成了59幀畫面,后半秒就只有1幀畫面了,那個評測里面提到一個概念“幀間隔”,也就是說兩幀之間的間隔時間,如果是穩定的,那畫面就流暢,如果不穩定,就會卡,有的顯卡最大可達數百毫秒,相當于一秒才幾幀畫面,那自然會讓人感覺卡了,如果穩定在33毫秒,只需要30FPS,就會讓人覺得基本流暢了。
如上圖,這是AMD兩個版本的驅動測試的幀間隔情況,可以看到紅線和藍線的FPS實際上沒什么區別,但是明顯紅線的幀間隔更穩定,藍線更容易出現頓卡的情況。
除了顯卡性能的不穩定導致上面這種情況出現,就是穩定性能的顯卡,也會出現FPS不變幀間隔時間長短不一,因為每一秒里面的畫面有很多幀,每一幀的畫面復雜程度都不一樣。而且不管是PC還是主機,除非顯卡性能大大超越游戲硬件需求,否則FPS都不可能穩定在某一數值,游戲評測里都會有平均FPS和最低FPS,最要最低FPS低于了某一數值,游戲自然會在某一時間頓卡。例如最近的大作仙劍6,顯卡吧有人測試過用四路泰坦X,依然會在某一時刻FPS跌到0,這種游戲體驗無疑是毀滅性的。
大家都知道,游戲的卡頓分很多原因。RTS游戲中單位出現過多,CPU計算能力不夠,會卡,游戲特效變好,顯卡算不過來,會卡,切換地圖讀硬盤,會卡,場景太大內存放不下,會卡。如果我們把FPS(每秒幀數),換成每分鐘幀數,可能會發現,一個游戲每一分鐘的幀數都會大于3600,也就是每秒都大于60,那這樣就不卡了?可能前面30秒每秒有100幀畫面,后面30秒每秒只有20幀畫面,那后面30秒無疑很卡了。這樣來看完全就是耍流氓呀,回過頭再來看每秒幀數難道不也是在耍流氓嗎?我們只看一秒鐘總共有多少幀,而不去看更小的單位,每100毫秒有多少幀,這也是在耍流氓,在一秒鐘內整體似乎是流暢的,可是分割到百毫秒十毫秒的時候,并不是每百毫秒十毫秒都是流暢的。所以光看一秒鐘有60幀就認為不卡,是錯誤的,就像我們不能說一分鐘有3600幀就不卡了一樣,“卡”是發生在更短的時間內,而不是一秒。
所以,60FPS的游戲也可能會卡。并且在游戲中,丟失的幀很可能是動畫的關鍵幀,碰上這種情況,不僅卡,還會顯得動作不真實,突然一下子跑了一大步。玩2D游戲就會感受到,即使幀數不高,也不會這樣,因為2D游戲的人物動作一般是事先繪制的,游戲中人物做動作實際上是播放動畫,不管幀數多低,都“不卡”,有些無良游戲商制作的2D游戲,人物動作一秒就幾幀畫面,雖然看起來卡卡的,也不是3D游戲的那種卡頓感。因為動作是穩定播放的,不是即時生成的,動作的速度是固定的,就不會出現原因一中動作過快“看不清”的情況,也不會出現原因二中FPS不穩定的情況。同時由于2D游戲是事先繪制的,關鍵幀都會畫出來,人物的動作就是連貫的。當然有些2D游戲里面也有即時生成的光影,當硬件機能不夠的時候,即時演算的速度跟不上了,依然會“卡”。
總結:為什么游戲要60幀才不卡,而電影24幀就很流暢
文章中對于這個問題的描述已經非常詳細,首先是電影圖像的生產方式不同,電影的每一幀畫面里都加入了動態模糊效果,這樣即使不播放的幀數不高,也不會產生卡頓的感覺。另外由于電影播放時的FPS是穩定的,這樣即使幀數只有24幀,而它是固定每隔1/24秒換一次畫面,非常穩定,也安全符合人眼觀看動態畫面的標準,所以你也就不會感覺到有什么畫面卡頓了。
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