• Frames Per Second

    5 april 2010 13:41 door
    Iedereen heeft wel al eens gehoord van FPS. Maar wat is dit nu eigenlijk?

    FPS is een acroniem met 2 betekenissen. De eerste betekenis is “First Person Shooter”, deze ga ik niet behandelen. De andere is “Frames Per second”.


    Special FPS

    1.0 Inleiding

    “Frames per Second” of “Beelden per seconde” is het aantal beelden dat per seconde getoond en verwerkt kan worden. Voordat ik hier verder op in ga, ga ik wat begrippen verklaren en uitleggen.

    1.1 Begrippen

    Hertz
    Hertz is ook een eenheid die wordt gebruikt om zaken uit te drukken “per seconde”, zoals radiofrequenties, kloksignalen van de computer en dergelijke. Hertz wordt ook gebruikt om aan te duiden hoeveel keren het scherm ‘vernieuwd’ wordt. 60 Hertz wil zeggen dat je beeldscherm 60 maal hernieuwd wordt op 1 seconde!

    Motion Blur
    Een techniek die gebruikt wordt in films en computergames. Deze techniek laat de ontwikkelaar toe om een beeld te vervagen in het volgende beeld. Als je deze beelden snel achter elkaar ziet, heb je dus een film met vloeiend beeld. Deze techniek geeft een betere overgang dan de technieken die niet gebaseerd zijn op Motion Blur.

    Frame
    Dit is simpelweg een beeld.

    Tearing
    Dit is het fenomeen dat zich voordoet wanneer een Frame vervangen wordt door het volgende Frame, maar het vorige Frame nog deels zichtbaar is. Dit wordt veroorzaakt als de vernieuwingsfrequentie (uitgedrukt in Hertz) van het beeldscherm lager is dan de snelheid waarmee de computer de beelden genereert.

    V-Sync of Verticale Synchronisatie
    Dit is een optie die voorzien is in de meeste computergames. Met V-Sync moet het apparaat dat de beelden produceert wachten tot het weergaveapparaat klaar is. Hierdoor kan er geen frame gerenderd worden als het weergaveapparaat nog bezig is met het tonen van het vorige frame. Dit voorkomt overlap van frames en dus tearing.

    Frame Rate & Frame Frequentie
    Beide woorden betekenen hetzelfde. De frame rate is een begrip om uit te drukken hoe snel een scherm vernieuwd wordt. De eenheid van deze begrippen is FPS. (Vb. “Mijn scherm heeft een Frame Rate van 60FPS/60Hz. Hij wordt 60 keer per seconde vernieuwd!”)



    1.2 Frames per seconde

    1.2.1 Frame Rate ‘drops’

    Het aantal FPS hangt af van ‘wat’ de CPU en/of GPU bezig is. We zullen allemaal wel eens te maken hebben gekregen met FPS ‘lag’ of ‘drops’. De CPU en/of GPU is dan zo zwaar belast met berekeningen dat de Frame Rate zo zwaar daalt dat het lijkt alsof je in slowmotion aan het gamen/werken bent. Dit kan opgelost worden door de graphics te verlagen en/of een betere PC aan te schaffen.

    Frame Rates dalen ook vaak in online games als de CPU/GPU veel dingen moeten verwerken, zoals het tekenen van rook. Als je een bepaald beeld zonder rook moet tonen, gaat dat aan 60 FPS. Met de rook zit je soms al aan 40 FPS.

    1.2.2 Hoge FPS is nodig?

    Frame Rates zijn zeer belangrijk op het gebied van gaming. Een game met een lage FPS kan direct als “slecht” bestempeld worden. Dit is echter afhankelijk van de eisen van de gebruiker. De eerste 3D games hadden een Frame Rate van 6 FPS en werden als “geweldig” beschouwd. Games van tegenwoordig zitten rond de 30-60 FPS en zelfs dat is soms te weinig voor sommigen.
    Als een game een lage FPS heeft, zegt men vaak dat het beeld “schokt”, omdat het menselijk oog de beelden sneller waarneemt dan dat ze getoond worden.

    1.2.3 Hoe verhoog je je FPS?

    De maximum FPS is afhankelijk van de game die je speelt. Games zoals F.E.A.R. kunnen tot 380 of meer FPS ondersteunen, terwijl games zoals GTA 3 maar maximum 25-30FPS ondersteunen.
    De gebruiker kan bij de meeste online games zijn FPS verhogen door middel van “commands” in te voeren in de console. (Dit is afhankelijk van de game)
    Een betere PC (grafische kaart, beeldscherm en CPU) resulteren ook in een betere FPS. Zoals hierboven vermeld kan je bij sommige games wel niet boven een bepaalde limiet gaan.

    1.2.4 Hoeveel FPS kan het menselijk oog waarnemen?

    Veel mensen staan niet stil bij het feit dat het menselijk oog maar een aantal beelden per seconden kan waarnemen. Er is geen ‘limiet’ vastgesteld bij onderzoeken. Maar men gebruikt vaak 60 FPS als de grens.
    Alles boven de 60 FPS wordt ook vaak door monitors genegeerd, omdat het menselijk oog geen verschil gaat merken.

    “Waarom heb ik een vloeiende beeldovergang in mijn 15-30 FPS game?”
    Goede vraag. Het antwoord is “Motion Blur”. Dit begrip is uitgelegd in de begrippen lijst en hieronder.

    Een praktisch voorbeeld is je hand voor je ogen zwaaien. Hoe sneller je dit doet, hoe waziger je het ziet. Deze techniek wordt in de media toegepast onder de naam “Motion Blur”. Wazige beelden in elkaar laten overgaan, vormen een vloeiend beeld met lage FPS.

    Frame van Basic instict. Dit is “Motion Blur”.

    Een film zonder “Motion Blur” met 50 FPS lijkt te schokken, omdat het oog zoveel detail moet waarnemen. Daarom wordt “Motion Blur” toegepast in de meeste games en films.

    1.2.5 Niet-flikkerende schermen = ? En de invloed van ‘licht’ en ‘donker’

    Flickerfree, of flikkervrije schermen in het Nederlands, zijn schermen met een zeer hoge Frame Rate. Deze Frame Rate is zo hoog (100FPS of hoger) dat het menselijk oog geen zwarte beelden waarneemt tussen de “echte” beelden. Het scherm toont dus niet altijd beeld, maar daar merkt de gebruiker niets van.
    Het menselijke oog kan 1 zwart beeld duidelijk ‘zien’ bij 25 FPS. Bij 50 FPS is dit al moeilijker. 100 FPS is al zeer moeilijk.

    “Whatever, ik kom toch nooit in contact met dit fenomeen.”
    Je bent dus nooit naar de cinema geweest? De films werden en worden soms nog getoond door middel van filmrollen. Deze rollen draaien door de projector. Elk “zwart” beeld op de rol (24 zwarte beelden per seconde – Dit zijn de zwarte stukken van de rol, tussen elk beeld) zou de gebruiker waarnemen indien men niet een bepaalde techniek ging toepassen.

    Dit hebben ze opgelost door de FPS te verhogen tot 72 en elk beeld 3 maal te tonen! De zwarte stukken worden hierdoor korter en verdrievoudigd. Raar? Fysica en logica liggen hier aan de basis hoor.

    Licht VS Donker.
    Uit testen blijkt dat mensen die voor een lange tijd in het donker hebben gezeten, en daarna blootgesteld worden aan een immens fel en kort licht, dit zeer goed kunnen waarnemen.
    Een licht dat verschijnt en weg is op 1/25ste van een seconde wordt waargenomen in deze situatie. Dit is nog niets, een licht van 1/200ste van een seconde wordt zelfs waargenomen! Een test bij piloten toonde zelfs aan dat een foto die 1/220 van een seconde getoond werd (in een langdurige donkere situatie) herkend werd. Ze konden het vliegtuig op deze foto herkennen.

    Licht VS Donker 2.
    In de cinema gebruikt men vaak witte schermen en beelden om een “afterimage” op het netvlies na te laten. Dit effect krijg je ook als de dokter in je ogen schijnt met een lampje en je het licht een paar seconden erna ook nog blijft zien. Deze “Afterimage” laat je zien wat er een paar seconden geleden te zien was. Dit helpt in de cinema ook tegen het “flikkeren” van de projector & filmrol.

    1.3 Andere toepassingen

    FPS is niet alleen belangrijk voor normale PC applicaties en games. Denk maar eens aan geleide raketten die gebruikt worden door het leger. De raket kan bestuurd worden met een joystick die verbonden is aan een kleine computer met een beeldscherm. Dit beeldscherm kan maar beter een zeer hoge FPS hebben of je raket is al voorbij het doelwit. Deze systemen hebben meestal een FPS van 100.
    Denk ook maar eens aan een radarscherm van een schip. Dit scherm moet niet 100 keren per seconde hertekent worden. Hier heeft men genoeg met 1-2 FPS.

    1.4 Trivia

    Leuke weetjes;
    • De zijkanten van de ogen zijn meer gevoelig voor het flikkeren en voor ‘brightness’ (helderheid) van een scherm. Met zijkanten van je ogen naar TV kijken toont je soms dat de TV flikkert.
    • De FPS van grafische kaarten is hetzelfde als de snelheid van de auto. 100km/u in 5sec of 200 FPS, wanneer heb je deze nodig? Dit wordt gewoon gebruikt als informatie in magazines, deze heb je zeker niet nodig.
    • Bewegen helpt! Als je muisstil blijft zitten en naar een film kijkt, zal je hoofdpijn krijgen. Als je stil zit in de auto of boot zal je sneller ‘wagen/zeeziek’ worden. (afhankelijk van persoon tot persoon uiteraard)
    • Als je alles (licht, bewegingen, ‘flashes’) wilt waarnemen, moet je het boven de 500 FPS gaan zoeken.
    • Onderzoek toont aan dat “FPS Gaming” de gevoeligheid van de ogen van gamers verhoogd. Zij zullen dus eerder gedetailleerdere dingen opmerken op een uniforme achtergrond. Dit is handig als men ’s nachts gaat rijden of ’s nachts wil lezen.


    1.5 Besluit

    Het is allemaal niet zo simpel als het lijkt dus. Hoge FPS, Lage FPS, de snelheid dat het beeld opgenomen wordt, de snelheid dat het beeld naar het brein gaat en dergelijke, moeten allemaal samen komen. Een grens is er dus niet te leggen.

    Voor shooters zit je met 30-60 FPS goed (afhankelijk van de techniek die gebruikt wordt). Het menselijk oog neemt ongeveer tot 60-72 FPS maximum waar. (Maar zoals in het artikel aangehaald is dit afhankelijk van de situatie waarin men zich bevindt.)
    Reacties 1 Reactie
    1. JimmyJump's schermafbeelding
      JimmyJump -
      Een paar rechtzettingen:

      "Motion Blur" is een techniek die toegepast wordt om de illusie van snelheid weer te geven. Het bewegende object blijft scherp, maar wazig aan de rand terwijl de omgeving waarin het object zich voortbeweegt ook wazing wordt gemaakt op de manier die doet denken aan ghosting (het fenomeen hetwelk je muispijl/cursor een lichtgevend staartje gaf door toedoen van een te lage refresh-rate van de TFT monitor).

      De laagste snelheid waarin het menselijke oog géén ingevoegd zwart beeld ziet is rond de 20 frames per seconde: dat is ook de reden waarom filmprojectoren en -cameras aan een snelheid draaien van 24 beelden per seconde (behalve IMAX dat een opnamesnelheid kent van 120 beelden per seconde).

      Men mag "refresh rate" en "frames per second" niet vewarren. Het eerste is een eigenschap van de monitor, het tweede is een aansturing van de videokaart op basis van de weer te geven layers van een game in combinatie met pixel-densiteit en de schaal waarin men speelt. Zet de monitor aan zonde de PC aan te zetten en de monitor zal het beeld verversen aan 60 maal per seconde.

      Radarschermen zijn voor hun "blips" afhankelijk van de weerkaatsing van de radiogolven die door de radar worden uitgestuurd. De refresh-rate voor de schermen zelf was vroeger hetzelfde als van een TV, aangezien het scherm een Cathode Ray Tube betrof, 50Hz dus.

      Een "blip" op een radarscherm is de combinatie van data van drie radars (in geval van vliegtuigen): hoogte radar, snelheidsradar en afstandsradar. De combinatie van die data stelt ons in staat van een bewegend object te volgen op een radar scherm. De data wordt meestal één keer per seconde ververst (de lichtgevende "wijzer" die constant ronddraait op een radarscherm en die de blips doet oplichten en die synchroon loopt met de draaisnelheid van de radars).