Почему частота обновления экрана имеет значение: от 30 до 540 Гц

Действительно ли более высокие частоты обновления лучше подходят для гейминга? Да, это так. В этой статье мы покажем, почему частоты обновления, часто называемые "избыточными", "излишними" или "нерентабельными", на самом деле могут давать больше преимуществ, чем вы могли бы подумать. Если вам интересно, как влияет на четкость движущегося изображения частота обновления экрана 30, 60, 120, 240 и даже 540 Гц, наша статья для вас.

За многие годы тестирования компьютерных мониторов и другого «железа» мы встречались с различными мнениями. Многие говорят, что для современных игр достаточно 60 FPS (или даже 30 FPS), а более высокая частота кадров или частота обновления экрана – особенно в однопользовательских играх – не дает никаких реальных преимуществ. Некоторые даже заявляют, что визуальное качество геймплея с меньшей частотой кадров лучше, потому что меньшая частота кадров позволяет установить более высокие графические настройки.

Когда размытость движущегося изображения меньше, картинка выглядит лучше – этот аспект часто упускают из виду, говоря о качестве изображения и частоте кадров, например, сравнивая режимы 30 FPS Quality и 60 FPS Performance на игровых консолях.

Однако во многих случаях формула «ниже частота – выше качество» не работает. Она не учитывает тот факт, что более высокая частота обновления современных дисплеев обеспечивает не только более гладкий геймплей, но и меньшую размытость картинки.

Более высокая частота обновления = лучшая гладкость

Более высокая частота обновления улучшает игровой опыт в трех основных аспектах: задержка ввода, гладкость геймплея и четкость изображения. В этой статье мы будем рассматривать главным образом третий аспект, но сначала уделим немного внимания задержке ввода и гладкости, поскольку здесь также сосредоточены заметные преимущества современных высокочастотных мониторов.

С повышением частоты обновления гладкость улучшается, поскольку в единицу времени укладывается больше кадров, которые способен воспроизвести дисплей. Это заметно невооруженным глазом, если параллельно запустить видеоролики с частотой кадров 30 и 60 FPS. Чем больше кадров отображает дисплей, тем меньше отличаются друг от друга соседние кадры, благодаря чему движущаяся картинка получается более гладкой. Некоторые разработчики игр пытаются замаскировать недостаточную плавность движения с помощью эффекта motion blur, когда кадры специально «сплавляются» друг с другом, чтобы на низкой частоте разница между отдельными кадрами была менее заметной. Однако, если настройку motion blur выключить, разница в гладкости между геймплеем с высокой и низкой частотой кадров становится очевидной.

Гладкость продолжает улучшаться и при повышении частоты обновления более 60 Гц. На частоте 120 Гц геймплей заметно глаже, чем на 60 Гц, а на 240 Гц – еще глаже. Насколько заметными визуально будут эти улучшения – зависит от индивидуальной чувствительности вашего восприятия гладкости движущегося изображения.

Более высокая частота обновления = меньшая задержка

При повышении частоты обновления задержка ввода уменьшается, так как уменьшается временной промежуток между действием пользователя посредством мышки, клавиатуры или джойстика и отображением этого действия на экране. При частоте обновления 60 Гц дисплей обновляется каждые 16.7 мс, а при частоте 120 Гц – каждые 8.3 мс. Например, ваша мышка передает новые данные в игру каждую миллисекунду (при частоте опроса шины 1000 Гц), и при частоте обновления 120 Гц для отображения этих данных на экране потребуется примерно вдвое меньше времени, чем при частоте обновления 60 Гц. Это означает, что у 120-герцового дисплея задержка ввода, то есть время между вводом данных и ближайшим обновлением дисплея, меньше, или – что этот дисплей более отзывчив (обладает лучшим откликом).

Это особенно важно для многопользовательских игр, где меньшая задержка позволяет быстрее и точнее поразить противника, то есть дает игроку потенциальное соревновательное преимущество перед теми, кто играет с меньшей частотой обновления, или просто возможность улучшить свои игровые навыки. Это актуально и для однопользовательских игр, поскольку низкая задержка означает лучший отклик во взаимодействиях персонажей и при изменении ракурсов камеры, что улучшает игровой опыт в целом, делая его более динамичным. Кроме того, быстрый отклик в однопользовательских играх облегчает выполнение действий с высокой чувствительностью к задержке, таких как прицеливание или хронометраж движения.

Более высокая частота обновления = лучшая четкость движения

Улучшение четкости игровой картинки при повышении частоты обновления – это тот аспект, который, на наш взгляд, наименее освещен в популярных источниках и часто не принимается во внимание при обсуждении темы, почему стоит вкладывать деньги в высокочастотные игровые мониторы и играть с высокой частотой кадров. Преимущество высокой частоты обновления обусловлено, прежде всего, общей особенностью современных мониторов, как LCD, так и OLED: эти дисплеи работают по принципу sample-and-hold, то есть держат на экране текущий кадр в течение всего периода обновления, пока не появится следующий кадр, без пауз или черных промежутков между кадрами.

Если проследить глазами по экрану за движущимся объектом, например, за врагом, в которого вы прицеливаетесь, или за интересным элементом обстановки, картинка на дисплее sample-and-hold выглядит размытой. Это происходит потому, что глаза следят за непрерывно перемещающимся объектом, в то время как в действительности положение объекта на экране меняется дискретно с каждым обновлением кадра. В промежутке времени между обновлениями глаза продолжают отслеживать движение, но объект в это время неподвижен, поскольку дисплей удерживает текущий кадр. Это расхождение создает эффект размытости, аналогичный тому, который получается при фотосъемке неподвижного объекта движущейся камерой. Чем ниже частота обновления экрана, тем дольше удерживается на экране каждый кадр и, соответственно, тем дольше объект остается в одном положении до обновления кадра, и тем выраженнее эффект размытости. Более частые обновления экрана с меньшими отличиями соседних кадров друг от друга, наоборот, уменьшают эффект размытости на дисплеях этого типа, в чем и состоит преимущество высокочастотных мониторов с точки зрения четкости движущейся картинки.

Это можно пронаблюдать в действии с помощью теста Blur Busters UFO, в котором используется научный метод моделирования визуального эффекта размытости движущихся объектов, соответствующего воспроизведению видеоконтента с определенной частотой кадров. Для сравнения эффектов, возникающих при различных частотах обновления, мы использовали монитор Asus ROG Swift Pro PG248QP, поддерживающий частоту до 540 Гц – максимальную на сегодняшний день частоту обновления дисплеев пользовательского класса.

Преимущество в четкости изображения сравнительно медленно движущихся объектов

Начнем с относительно медленного движения объекта в реальном времени. Этот пример с НЛО соответствует скоростям однопользовательских игр со сравнительно медленным геймплеем. И при частоте обновления 30 Гц движение все равно получается очень размытым. Текст выше и ниже НЛО – неразборчивый, контуры самого НЛО – нечеткие, так что точно определить его положение невозможно. Описать инопланетянина в НЛО можно только в общих чертах, какие-то детали отметить сложно. Поэтому гейминг с частотой 30 Гц обычно мало кого устраивает, даже в однопользовательских играх.

Повышение частоты обновления до 60 Гц заметно улучшает четкость, хотя картинка остается несколько размытой. Текст становится более разборчивым и частично читаемым, а контуры НЛО – более определенными. Однако повышение частоты до 120 Гц/ 120 FPS дает нам гораздо более четкую картинку: текст в основном разборчив, контуры НЛО – достаточно резкие, и мы уже можем различать детали в изображении инопланетянина, например, количество глаз. Сопоставление этой картинки с результатом 30 Гц дает выраженный контраст: совершенно очевидно, что более высокая частота кадров или частота обновления экрана обеспечивает намного лучшее качество изображения, даже если объект движется сравнительно медленно.

Часто говорят, что для однопользовательского гейминга достаточно 120 Гц, и, хотя это справедливо для сравнительно медленных игр, частота 240 Гц все-таки заметно улучшает визуальный опыт. Когда мы повышаем частоту обновления до 240 Гц, текст становится отлично читаемым, и уже отчетливо видны самые мелкие детали, такие как белые квадраты на красном корпусе НЛО. Эти детали совершенно неразличимы при частоте 30 или 60 Гц и только частично различимы при 120 Гц. При частоте обновления 240 Гц изображение становится почти идеально четким.

Мы говорим "почти", потому что переход на 360 Гц еще больше улучшает четкость. На этом уровне движение передается практически в совершенстве; повышение частоты до 540 Гц дает уже незначительное преимущество. Но сравнение результатов 360 Гц и 120 Гц показывает, что, хотя последнюю частоту часто полагают достаточной, размытость картинки все-таки заметна. Когда мы смотрим на результаты 60 Гц и 30 Гц, такое впечатление, что здесь специально применен фильтр motion blur, хотя на самом деле это изображение с «оригинальной» размытостью, полученное на дисплее sample-and-hold. Очевидно, что более высокая частота обновления не только улучшает игровую производительность благодаря уменьшению задержки и повышению гладкости геймплея, но также обеспечивает намного лучший визуальный опыт.

Пример игрового контента, где преимущества высокой частоты обновления проявляются на практике, – эпизоды, включающие в себя прогулки или легкие пробежки по городу, в обстановке с большим количеством рекламных щитов и объектов с высокодетализированными текстурами. На 30- или 60-герцовом дисплее, когда игра идет с низкой частотой кадров, мелкий текст на рекламных щитах становится трудночитаемым из-за размытия. На 120 Гц читать билборды «на ходу» намного легче, а на 240 и особенно на 360 Гц эти внутриигровые элементы выглядят совершенно четко.

Преимущество в четкости изображения объектов, движущихся с умеренной скоростью

Теперь давайте рассмотрим движение с умеренной скоростью, с какой обычно перемещаются враги в перестрелках в однопользовательских или многопользовательских играх. Эти скорости можно назвать «стандартными»: достаточно быстро, но не слишком. На 30 Гц картинка получается совершенно размытой, так, что вы не можете различить никаких деталей и часто даже не можете своевременно распознать движение противника. На 60 Гц вы, вероятно, сможете указать область экрана, где находится противник, но для точного определения его позиции и каких-либо конкретных деталей изображение остается слишком размытым. На тестовой картинке текст выше и ниже НЛО совершенно нечитаем.

На 120 Гц становится возможным достаточно точно определить положение НЛО – существенный прогресс с точки зрения прицеливания в многопользовательских играх. Однако мелкие детали изображения на экране sample-and-hold остаются неотчетливыми, текст в основном нечитаем, но этот уровень четкости, безусловно, намного более приемлем для гейминга, чем обеспечиваемый более низкими частотами обновления.

На этом уровне скоростей наглядно проявляются преимущества более высоких частот обновления – становится понятно, почему эта характеристика монитора так важна для динамичных многопользовательских игр. На 240 Гц, в сравнении со 120-ю, текст уже можно частично разобрать, и мы можем различить намного больше деталей в изображении движущегося НЛО, например, линии на красном корпусе летающей тарелки. Благодаря такому улучшению четкости становится легче распознать противника в хаотичной обстановке, или когда он маскируется, поскольку вы можете различить достаточно много мелких деталей движущихся объектов.

Однако 240 Гц – это не предел совершенства. На 360 и на 540 Гц изображение становится еще более четким. Текст отлично читаем, мелкие детали видны намного более отчетливо, причем разница между картинкой на 360 Гц и на 540 Гц заметна. На таких высоких частотах обновления движущиеся объекты выглядят очень четко, особенно если сравнивать с размытой картинкой на 120 и тем более на 60 Гц. Эти результаты показывают, почему динамичные игры намного лучше смотрятся (и лучше реализуются) на высокочастотных мониторах.

Преимущество в четкости изображения быстро движущихся объектов

Наконец, рассмотрим движение со скоростями вдвое большими, чем в предыдущем примере. На практике такие скорости используются при быстром панорамном движении камеры в многопользовательских играх. Всё, что быстрее, уже физически сложно отслеживать глазами на экране стандартного пользовательского размера и разрешения.

При высоких скоростях движения рендеринг на частоте обновления 30 или 60 Гц практически теряет смысл. На 120 Гц мы можем только понять, что перед нами какой-то НЛО, но детали различить невозможно, не говоря уже про текст. Даже на 240 Гц картинка не очень четкая, хотя положение НЛО можно определить более-менее точно (прицеливание в таких условиях возможно).

При таких скоростях преимущества 360- и 540-герцовых мониторов очевидны. Эти более высокие частоты обновления обеспечивают значительно более четкую картинку по сравнению даже с 240 Гц. Например, повышение частоты обновления с 240 до 540 Гц делает текст почти читаемым, тогда как на 240 Гц вообще сложно определить, что это текст. На самых высоких частотах обновления мы можем четко различить ручку управления и количество линий на корпусе НЛО.

Такие детали быстро движущихся объектов на более низких частотах обновления различить невозможно, хотя в реальном физическом пространстве при соответствующих скоростях движения человеческий глаз способен их разглядеть. Мы допускаем, что дальнейшее повышение частоты обновления, например, до 1000 Гц, может еще улучшить визуальный опыт и будущие технологии дисплеев позволят достичь этих результатов.

Все, что мы только что обсудили, относится к мониторам типа sample-and-hold, но не к импульсным дисплеям, таким как CRT (ЭЛТ) дисплеи или LCD (ЖК) дисплеи со стробированием подсветки. Такие технологии, как стробирование подсветки, повышают четкость изображения, основываясь на инерции зрительного восприятия, но эта тема выходит за рамки данной статьи.

Однако стробирование имеет свои недостатки и побочные эффекты, к которым относятся крайне строгие требования к точности синхронизации импульсов, мерцание экрана на низкой частоте обновления, что может вызывать перенапряжение глаз и головные боли у некоторых людей, а также несовместимость с технологиями переменной частоты обновления или подстройки частоты кадров. Сегодня большинство геймеров пользуются мониторами sample-and-hold, а не импульсными мониторами.

Надеемся, что, прочитав нашу статью, вы увидели, почему и насколько важна для гейминга более высокая (по сравнению со «стандартными» 60 Гц) частота обновления экрана и как покупка высокочастотного монитора может улучшить визуальный опыт как в однопользовательских, так и в многопользовательских играх. Чем быстрее движение на экране, тем более весомые преимущества дает высокая частота обновления – именно поэтому для динамичных соревновательных многопользовательских игр часто рекомендуют мониторы с частотой обновления 240, 360 и 540 Гц.

Кроме того, более высокая частота обновления предпочтительнее и в играх со сравнительно медленным, медитативным геймплеем. Как только вы поиграете даже на 144-герцовом мониторе после привычного 60-герцового, преимущества более гладкой и четкой картинки и более быстрого отклика станут для вас очевидны; это действительно качественно новый уровень.