Консоли PlayStation 4 и Xbox One, как и предыдущее поколение, предлагали небольшой список игр с частотой кадров 60 кадров в секунду. В начале текущего поколения казалось, что игры с частотой 60 кадров в секунду станут новой нормой. Теперь же 30 кадров в секунду вернулись на PS5 и Xbox Series X. Почему?
Что происходит с кадрами?
Чтобы все были в курсе, частота кадров в видеоигре — это количество уникальных последовательных изображений, отображаемых на экране. Эти кадры «рендерятся» игровым устройством и передаются на дисплей.
Есть две основные причины, по которым более высокая частота кадров может улучшить впечатления и представление видеоигр. Во-первых, большее количество кадров означает более плавное движение на экране. Чем ниже частота кадров, тем больше разрыв в видимом движении. Если частота кадров достаточно низкая, то все выглядит как слайд-шоу, если частота кадров достаточно высокая, то все выглядит плавно.
Насколько низкая частота — это слишком низкая частота? Анимация обычно снимается с частотой 12 кадров в секунду (с более высокой частотой для экшн-сцен). Кинематографические фильмы снимаются со скоростью 24 кадр/с, а телевизионный контент, как правило, со скоростью 30 кадр/с. Съемка на экшн-камеру обычно ведется со скоростью 60 кадров в секунду, так как она, скорее всего, содержит быстрые движения.
Может показаться, что для видеоигры вполне достаточно 12 или 24 кадров в секунду, но это только полдела. Поскольку видеоигры интерактивны и реагируют на управляющие воздействия игрока, в них важно не только то, что видит глаз. Речь также идет о том, насколько быстро обратная связь от ваших глаз отражает то, что вы говорите игре сделать с помощью элементов управления.
На этой диаграмме показано, как часто обновляется игровой мир при различных скоростях. Обратите внимание, насколько больше интервалы при 30 кадр/с по сравнению с 60 кадр/с.
При 60 кадрах в секунду состояние игры на экране обновляется в два раза чаще, чем при 30 кадрах в секунду. Это означает, что для передачи информации о ваших действиях и событиях в игре должно требоваться вдвое меньше времени. Полезно думать о частоте кадров как о «временном» разрешении. Чем больше кадров отображается, тем больше информации о происходящем вы получаете.
Почему именно 30 или 60 кадров в секунду?
Числа частоты кадров произвольны, и консоль может (и делает это) производить кадры с любой частотой, вплоть до технологических пределов. Так зачем же фокусироваться на 30fps и 60fps? Это связано с частотой обновления используемых нами дисплеев и стандартами телевизионного вещания.
Исторически сложилось так, что в регионах NTSC (например, в США) частота обновления округляется до 60 Гц, что означает, что на экране может отображаться максимум 60 кадров в секунду. В регионах PAL телевизоры были ограничены частотой 50 Гц, что соответствует 50 кадрам в секунду.
Здесь вы можете видеть радиочастотный модулятор для старой Sega Megadrive, помеченный как «PAL», что означает, что он ожидает телевизор с частотой 50 Гц.
Если игра не могла работать с такой частотой кадров, следующим лучшим решением было выбрать половину частоты обновления, так как это позволяло получить равномерно чередующиеся кадры, которые соответствовали частоте обновления, сохраняя два обновления на кадр. Если частота кадров не делится точно на частоту обновления дисплея, это приводит к заиканию и «рваным» кадрам. Это актуально и сегодня, поскольку большинство современных телевизоров ограничены частотой 60 Гц.
Вы можете подумать: «А как же фильмы с частотой 24 кадра в секунду на телевидении?». Эта проблема существует и сегодня, и разные телевизоры по-разному справляются с этим несоответствием. Это часто приводит к неровному движению, известному как «pulldown judder», и именно поэтому панорамирование при показе фильма с частотой 24 кадра в секунду на телевизоре выглядит таким неровным.
В наши дни телевизоры и мониторы с переменной частотой обновления (VRR) решают эту проблему, позволяя монитору изменять частоту обновления в соответствии с частотой кадров, но пройдет некоторое время, прежде чем эта функция станет нормой.
Некоторые консольные игры теперь предлагают режим 40 кадров в секунду для игроков с дисплеем 120 Гц. Поскольку 40 равномерно делится на 120, но не на 60. Это позволяет найти золотую середину между быстрым временем отклика 60 кадров в секунду и более низкими требованиями к аппаратному обеспечению 30 кадров в секунду.
Мощный стимул для 30 кадров в секунду
Главный вопрос заключается в том, почему игры на консолях текущего поколения предлагают только возможность работы со скоростью 30 кадров в секунду (или 40 кадров в секунду), хотя они намного мощнее, чем раньше?
Здесь действуют два фактора. Первый заключается в том, что консоль представляет собой фиксированный пул ресурсов производительности. Это означает столкновение с железным треугольником из разрешения, сложности игры и частоты кадров. Каждая игра должна сбалансировать эти различные аспекты для получения удовлетворительного конечного впечатления.
Поскольку подавляющее большинство дисплеев, используемых владельцами консолей, (на данный момент) работают с частотой 60 Гц, существует только два приемлемых варианта частоты кадров: 30 кадров в секунду и 60 кадров в секунду.
Обратите внимание, что 1, 2, 3, 4, 5, 6, 10, 12, 15 и 20 кадров в секунду равномерно делятся на 60 Гц. К сожалению, ни одно число между 30 и 60 не делится на 60, и ни одно из чисел ниже 30 кадров в секунду не обеспечивает того, что большинство игроков сочло бы пригодным для игры. Таким образом, даже если игра может стабильно показывать 35 или 45 кадров в секунду, ее невозможно корректно отобразить на обычном телевизоре.
Так почему бы просто не ориентироваться на 60 кадров в секунду? Здесь в игру вступает фиксированная платформа консолей. Цель 30 кадров в секунду обеспечивает наибольшее «время кадра» при самой низкой частоте кадров, которую могут выдержать игроки. Чем больше времени у вас есть на рендеринг каждого кадра, тем больше деталей и эффектов можно вместить в этот кадр. Это также дает процессору больше времени на вычисления, которые могут не иметь отношения к графике. Так, например, в игре с открытым миром может быть более сложный ИИ или симуляция физики, поскольку у процессора есть больше времени между каждым кадром для выполнения работы.
Поскольку каждая новая игра пытается превзойти следующую по визуальному оформлению и возможностям, наличие вдвое большего времени между кадрами для достижения поставленных целей является невероятно заманчивым. В конце концов, скриншоты и трейлеры с частотой кадров 30fps не демонстрируют высокую частоту кадров!
Люди не меняются
Наступит ли момент, когда консольные игры с частотой кадров 30fps навсегда уйдут в прошлое? Проблема здесь не в технологии, а в людях. До тех пор, пока среднестатистический консольный игрок будет рад играть в игры с частотой 30 кадров в секунду, разработчики будут рады воспользоваться этим большим временем кадра, чтобы нарисовать свое полотно.
Вероятно, 30 кадров в секунду навсегда останется нижним допустимым пределом.
