История рождения кинематографа связана с именами Томаса Эдисона и братьев Люмьер, заложивших стандарты кино, которых на протяжении десятилетий придерживались их последователи. Постепенно с внедрением звука, появлением телевизионного вещания и цифрового видео правила и подходы трансформировались.
Но неизменно каждая новая технология была вынуждена учитывать показатель кадровой частоты, который имеет огромное значение при создании и восприятии фильмов аудиторией, поскольку количество кадров в секунду, которое видит человеческий глаз ограничено.
Что такое кадровая частота
Принцип кино можно понять на основе работы простейшего электронно-оптического проектора. Отдельные изображения на плёнке последовательно проходят через механизм проектора. Встроенная лампа направляет на них световой поток, посредством которого оптическая система поочерёдно проецирует кадры на экран, создавая иллюзию движения.
Для традиционной целлулоидной плёнки скорость смены изображений выражается в кадрах в секунду, или FPS (англ. Frames per Second). Для цифровых фильмов используют понятие «частоты обновления», которая выражается в герцах (Гц). Чем выше значения показателей, тем быстрее сменяются статичные изображения и реалистичнее выглядит иллюзия движения.
FPS и частота обновления немного отличаются. Например, скорость в 24 кадра/сек может характеризоваться показателями 24 FPS или 48 Гц. Под FPS подразумевают число самостоятельных кадров, отображаемых в секунду. Частота обновления – это общее количество показов всех изображений за то же время. Дело в том, что для большей реалистичности и минимизации прерывистости видео один кадр может показываться два и более раз, что сопряжено с увеличением скорости кадросмены.
Механизм восприятия видео человеком
Глаз человека начинает идентифицировать смену неподвижных картинок в секунду как прерывистое движение, когда их число достигает 12. Когда частота переходит в диапазон 18-26 кадров/сек, зритель наблюдает движущуюся сцену и воспринимает её как видео. Если значение FPS мало, то анимация выглядит неровной, а если слишком велико – возникает эффект гиперреалистичности.
Одним из главных компонентов создания реалистичного видео является размытие движения. Когда мы наблюдает за объектами вокруг нас, то при их быстром перемещении упускаем детализацию. Иными словами, нам не хватает времени для восприятия полной визуальной информации и теряется острота зрения. В кино такой эффект получают размытием, которое происходит естественным образом при смене кадров. Но если уровень FPS слишком высок, то данный эффект пропадает, и наблюдатель видит гиперреалистичную картинку. Это мешает ему поверить в происходящее на экране.
Почему на ТВ используют 24 кадра
Сегодня основным отраслевым стандартом является 24 FPS, что вполне устраивает современного зрителя. Однако он был выбран не по театральным причинам, а по экономическим соображениям. На этапе становления кинематографа не были выработаны рекомендации для частоты. Первые фильмы имели скорость 16-20 кадров/сек, которая постепенно возросла до 22-26, т.к. этот уровень обеспечивал оптимальный звук.
Томас Эдисон считал, что необходимо использовать 46 кадров/сек, потому что меньшее значение будет напрягать глаза. Но индустрия предпочла утвердить 24 FPS, поскольку это самая медленная частота, которая давала реалистичное видео и поддерживала оптимальный звук при воспроизведении. Больший уровень создатели фильмов не хотели применять из-за увеличения финансовых затрат.
Сейчас индустрия поддерживает три основных стандарта:
- 24 FPS используются в американской системе NTSC, обеспечивая чёткое изображение и хорошую помехоустойчивость;
- 25 FPS применяются в европейской системе PAL или PAL/SECAM. Значение идентично уровню NTSC, поскольку ТВ-трансляции в Европе проводятся в масштабе 50 Гц против 60 Гц в Северной Америке;
- 30 FPS – стандарт домашних кинотеатров и персональных видеокамер.
Допускаются и альтернативные частоты. Например, в картине «Хоббит» Питер Джексон впервые использовал 48 кадров, чем вызвал на себя гнев кинокритиков за гиперреалистичность видео. А GoPro Hero позволяет использовать варианты 90 и 100 FPS.
Сколько FPS может увидеть человеческий глаз
Физиологически человеческий глаз способен воспринимать до 1000 FPS. Это связано с тем, что зрительные миелиновые нервы способны срабатывать от 300 до 1000 раз ежесекундно и передавать сигналы со скоростью 90 м/с. Однако эксперименты показывают, что человек обрабатывает и видит в среднем до 150 кадров за обозначенный промежуток времени. Известны редкие случаи, когда при регулярных тренировках достигался уровень восприятия около 250 FPS. Но некоторые исследователи полагают, что человеческий глаз может воспринять даже 1000 и более кадров в секунду.