14. 5. 2014

Rozlišení a obrazový bod

Poslední dobou jsem zaznamenal nárůst šílenství ohledně rozlišení. Zdrojem tohoto šílenství jsou nextgen konzole, tedy PS4 a XBO. Jednu formu šílenství představují pc hráči a jejich výsměch, že konzole nepodporují UHD neboli 4K. Druhou formu šílenství představují ps4 hráči, kteří se vysmívají xbo hráčům, že xbo hry mají nižší rozlišení než na ps4. Třetí forma šílenství přijde od pc hráčů, až hry na ps4 přestanou dosahovat FHD.

Rozhodnutí nepoužívat 1080p rozlišení u nextgen her je racionální, odůvodněné. Nemusí se to každému líbit, ale každý by měl chápat, co k takovému rozhodnutí vedlo. Jaké to má výhody a nevýhody. A to se tento článek pokouší osvětlit. Byl bych rád, kdyby tento článek dokázal zastavit současný flamewar na téma rozlišení, ale obávám se, že to není možné. Za prvé se té flamewar účastní lidé, kteří tak dlouhý článek nedovedou ani přečíst, natož ho pochopit a za druhé je spíše emocionální, než racionální a téma rozlišení funguje spíše jako zástupný problém. Ale snažil jsem se, aspoň pro ty vnímavější.

Takže o co vlastně jde. Na straně obrazovek se etablují tato rozlišení.
  • SD,  neboli PAL   = obraz s rozlišením  720 x  576 bodů.
  • HD,  neboli 720p  = obraz s rozlišením 1280 x  720 bodů.
  • FHD, neboli 1080p = obraz s rozlišením 1920 x 1080 bodů.
  • UHD, neboli 4K    = obraz s rozlišením 3840 x 2160 bodů.
  • UHD, neboli 8K    = obraz s rozlišením 7680 x 4230 bodů.

Televizory SD jsou minulost. Televizory HD bohužel mizí z nabídky, protože mainstream nechape jejich výhody a přínos. Televizory FHD jsou dnešní standard a televizory UHD by měla být podle některých budoucnost, začínají se objevovat první předražené 4K modely. Jak je přijme trh se teprve uvidí.

Jenže nejen obrazovkami je živ člověk, důležitý je i obsah. Pozemní TV vysílání je stále v kvalitě SD. Satelitní vysílání bývá v kvalitě SD a HD. Třeba nabídka Skylinku, balíček mini za 179 Kč má 19 programů, z toho jeden v HD. Balíček komplet za 1100 Kč má 87 programů, z toho 22 v HD. Stále nejvíce prodávané DVD filmy jsou v SD. Bluray filmy jsou v FHD. Filmy v UHD nejsou dostupné, neexistuje pro ně ani žádné vhodné médium,  blu ray disky jsou pro ně malé.

Tedy co se týče obsahu, pohybuje se především mezi póly SD až HD a za FHD je málokdo ochoten platit. Z hlediska televizního a filmového obsahu je naprosto zbytečné se honit za 4K televizory. Alespoň teď. A vzhledem k tomu, jaký problém má prosadit se FHD obsah se obávám, že to tak bude platit i do budoucna. Jediný úspěch v FHD trochu zaznamenávají Blu ray filmy a to hlavně proto, že k nim neexistuje HD alternativa a SD přeci jen už někomu přijde málo i když většině lidí pořád stačí.

Televizory se ovšem také používají pro hraní konzolových video her, tak jak si na tom stojí v této oblasti?

Konzole PS3 patřící do minulé generace konzolí v podstatě reflektovala nástup HDTV a od počátku umožňovala tvorbu 1080p her. V praxi se ale standardem staly hry s rozlišením 720p. Některé graficky pokročilé hry se ale renderovaly ještě v nižším rozlišení, třeba 680p a pak se jejich obraz přeškáloval (roztáhl) na 720p. FHD televizor pak 720p obraz přeškáloval na 1080p. Vzniklo i pár méně náročných her, které využily rozlišení 1080p.

Jak je to s rozlišením jednotlivých videoher je možno se podívat zde: rozlišení konzolových her.

Konkurent XB360 z počátku s FHD nepočítal, své uživatelské rozhraní měl v HD a zobrazit 1080p bylo pro něj do příchodu Elite verze problematické. S hrami na tom byl stejně jako PS3, standardem se stalo 720p.

U nextgen konzolí PS4 a XBO je situace taková, že obě pochopitelně umí 1080p. Jak jsou na tom s 4K je ve hvězdách, u her to určitě nepodporují, ale možná budou schopny přehrávat 4K filmy, jestli to někdy bude aktuální.

Ale jak ukázala PS3, jedna věc je technická schopnost a druhé pak praktické využití. Mainstreamová veřejnost podléhající marketingu od nextgen konzolí očekávala a očekává 1080p hry. Záhy se ukázalo, že XBO je slabší a má různé technické problémy, které vedly k tomu, že řada her pro XBO je renderovaná v rozlišení 900p. Zvláště u multiplatformních titulů, které na PS4 vyšly v 1080p to xbo hráče mrzelo a ps4 hráči to dávají xbo hráčům sežrat.

Z rozlišení se stala politika, symbol nadvlády PS4 a zatímco u minulé generace konzolí se o rozlišení her nikdo nezajímal, tak u nextgen konzolí se tato otázka řeší stále. Téměř každá druhá novinka na herních webech řeší rozlišení té nebo oné hry a pod nimi následuje stupidní diskuzní flamewar.

Brzy ale přijde doba, kdy ani PS4 hry nebudou v 1080p. Jednou z takových vlaštovek je náročná hra Watch Dogs, u které vývojáři upřednostnili obsah před formou a setkalo se to jak s posměchem ze strany pc hráčů, tak zklamání a nepochopení ze strany ps4 hráčů. Ale není to neschopnost vývojářů, jak někteří tvrdí. Je to jejich rozumné a racionální rozhodnutí a doufejme že i budoucí trend bude dbát víc na obsah, než formu. Nextgen tituly si zaslouží předeším nextgen obsah. Je hloupé plýtvat výkonem na zbytečné rozlišení. Mnozí si teď určitě říkají, jak to ten blbec může myslet vážně.

Tož zkusme se na rozlišení obrazu podívat racionálně. 

Rozlišení obrazu je důležitý parametr. Nelze říct, že na rozlišení nezáleží. Záleží, protože obraz s rozlišením jednoho bodu je k ničemu. A hrát hru s rozlišením 5 x 5 pixelů také asi nikdo nechce. Obraz s příliš nízkým rozlišením má nízkou vypovídající hodnotu. S rostoucím rozlišením se obraz stává lepším.

Platí to ale do nekonečna? Tedy čím vyšší rozlišení obrazu, tím lépe? Samozřejmě neplatí, protože tu jsou různé omezující faktory. A dovolím si tvrdit, že tohle chápe i naprostý blbec. Z toho pak vyplývá poměrně obtížná otázka, které rozlišení obrazu je tedy vlastně nejlepší. A na to už tak jednoduchá odpověď není. Záleží to na konkrétních potřebách a na těch omezujících faktorech a jejich prioritách. Zapomeňme na marketing, hype a podobné argumenty a podívejme se na to čistě technicky.

Omezujícím faktorem rozlišení je v první řadě rostoucí složitost obrazu a s ní spojené rostoucí náklady (v různých formách, ekonomické, technologické, časové) na vytvoření takového obrazu. V druhé řadě je to schopnost lidského zraku rozlišení vnímat.

Lidský zrak tedy po pravdě neomezuje růst rozlišení, ale od určité míry je činí jaksi zbytečným, nepotřebným. Z toho vyplývá, že i když pomineme náklady, tak  užitek se zvyšuje s rostoucím rozlišením jen do určité hodnoty a růst užitku má logaritmický průběh. Z počátku roste rychle, ale postupně ztrácí na významu a stává se zanedbatelným, kdy ten přírůstek užitku za ty náklady už nestojí.

Oproti tomu náklady se s rostoucím rozlišením zvyšují exponenciálně. Dříve nebo později narazíme na mez, kterou už nedovedeme překonat. Ale myslím že nikdo nechce dosahovat nákladových mezí, bylo by to hodně drahé. Selský rozum velí nalézt vhodné optimum mezi náklady a užitkem.

Kde je ale to optimum a je to optimum u pc her stené jako u konzolových?

Co se týče obrazovek, tak dnešní technologie už dosahují stavu, že fyziologické omezení se uplatní dříve, než to technologické. Viz nastupující displeje s jemností 600 dpi. Tady se už musíme naučit si říct a dost, dál už to není potřeba, i když bychom to třeba ještě uměli a možná i levně.

Co se týče obrazu, tak konkrétně v případě video her už to tak jednoduché není. Obraz video her je animovaný, pohybuje se a reaguje na hráče. To znamená, že jednotlivé snímky musí být průběžně renderované na základě aktuálního stavu vstupních periferií a to plynule a s dostatečnou rychlostí. Ideální rychlost je renderování 60 obrázku za sekundu (fps), protože to je obrazová frekvence televizorů i LCD monitorů a dalaší přijatelná hodnota 30 fps (každý vyrenderovaný snímek se na obrazovce zobrazí dvakrát) už znatelně snižuje citlivost a přesnost ovládání a způsobuje horší pocit z hraní. Frekvence mezi 30 a 60 fps jsou nevhodné, protože způsobují ruzné nežádoucí a rušivé obrazové interference.

Obraz video hry renderují procesory (CPU, GPU), které mají nějaký (omezený, vždy omezený, ať jsou sebevýkonnější) výpočetní výkon. Nedovolím si ani hádat, jestli se někdy v budoucnu dostaneme na tak vysokou technologickou úroveň, že si budeme moci říct a dost, to stačí, víc výpočetního výkonu už nepotřebujeme, výsledky jsou stejně mimo rozlišovací schopnost člověka. Zatím tomu tak není a dlouho ještě nebude. S výpočetním výkonem proto musíme zacházet racionálně.

Fyziologické omezení lidského zraku a výpočetní výkon konzole jsou hlavní faktory pro stanovení optimálního rozlišení videoher.

Fyziologické omezení lidského zraku je dáno ostrostí zraku, které je definováno jako schopnost rozlišit dva body v prostoru. Protože vnímaná velikost bodu je relativní k pozorovací vzdálenosti, udává se ostrost zraku v úhlové míře. Ostrost lidského zraku je 1' (jedna úhlová minuta). Všechny body, které se nachází v tomto úhlu se lidskému zraku jeví jako jeden bod. Při pozorovací vzdálenosti 1 m tak je optimální velikost obrazového bodu sin(1/60) m = 0,00029 m = 0,29 mm.

Čirou náhodou 24" FHD monitor má velikost 0,28 mm, takže jeho optimální pozorovací vzdálenost je zhruba 1 m. Jenže lidi na monitory koukají spíše z půl metru. Takže tady je skvělý prostor pro 4K monitory s čtyřnásobným rozlišením a poloviční velikostí bodu.

Ale pozor, u televizorů je tomu jinak. Běžný 42" televizor má velikost bodu 0,48 v případě FHD a 0,73 v případě HD rozlišení. Optimální pozorovací vzdálenost tak mají 0,48/0,29 a 0,73/0,29 metru, tedy zhruba 1,6 a 2,5 m. Přitom běžná pozorovací vzdálenost televizoru je 2,5 metru a víc.

Z toho vyplývá, že  jemnost obrazu, kterou pc hráč někdy v budoucnu získá s 24" 4K monitorem, už konzolový hráč dávno má s 42" HD televizorem když na něj kouká z běžných 2,5 m. To je důvod, proč pro PC hráče je 4K takové zaklínadlo. A protože tomu nerozumí, nechápou, že pro konzolové hráče to je nezajímavé.  Že jemnost obrazu, po které pc hráči touží a nemají na to výkon, konzolisti už dávno u svých her mají.

Budu-li uvažovat čistě fyziologický faktor, pak optimální rozlišení pro videohry v dnešní době, kdy dominují 40" televizory, na které hráči koukají od 2,5 metru je právě 720p. Vyšší rozlišení je zbytečné. Teprve až hráči s 60" televizory využijí FHD rozlišení. Odtud plyne jistá oprávněnost, z fyziologického hlediska,  požadavku na FHD rozlišení u nextgen konzolí, které tu pár let pobudou, když budeme optimisticky věřit, že se běžným standardem stanou 60" televizory. O čemž tedy trochu pochybuji, protože ty už zabírají dost místa a ne každý obývací pokoj je pojme. Budou pořizovány spíš do větších místností, kde se na ně budou lidé koukat z větší vzdálenosti a FHD opět nebude využito.

Zdůrazňuji, že to teď beru čistě z hlediska fyziologického faktoru. Ten mě vede k rozhodnému odmítnutí 4K rozlišení pro video hry, jako zcela nesmyslného požadavku. Ten kdo potřebuje 4K jsou PC hráči, aby dosáhli té samé jemnosti obrazu, kterou má konzolový hráč k dispozici už řadu let s obrazem 720p. Konzoloví hráči 4K nepotřebují a ještě dlouho potřebovat nebudou.

A k tomu bych ještě podotkl, že na rozlišení je nejnáročnější statický obraz. Obraz který se celý hýbe je na rozlišení méně náročný. Lidský zrak u pohyblivého obrazu nedovede rozlišovat tolik detailů jako u statického. A u akčních videoher se zpravidla pohybuje celý obraz. O to méně je potřeba u nich klást důraz na rozlišení.

Budu-li o rozlišení uvažovat z hlediska výkonu. pak je nutné si uvědomit jednu zásadní věc. Všechny body obrazu je nutno vypočítat. Čím víc bodů, tím víc výpočtů. Tento vztah je lineární. Rozlišení 720p má 921 600 bodů. Rozlišení 1080p má 2 073 600 bodů. Tedy víc než dvojnásobek.

To jest, pokud změním rozlišení z 720p na 1080p a nic jiného, pak obrazová frekvence poklesne zhruba na polovinu, protože každý snímek obrazu se bude počítat dvakrát tak dlouho. To je ovšem nežádoucí. Může to vést k tomu, že hra se bude trhat a špatně hrát. Vývojáři video her udržují hranici obrazové frekvence na hranici použitelnosti, takže její pokles na polovinu by byl katastrofický.

To znamená jediné. Nutnost upravit náročnost renderované scény na polovinu, aby se počítala původní rychlostí. A to má zcela zřejmý až drastický vliv na kvalitu obrazu. Dá se na to pohlížet tak, že za rozlišení 1080p zaplatíme polovinou výkonu konzole oproti 720p. Vždycky, bez ohledu na výkon té konzole, i kdyby v té konzoli byly v SLI zapojené ty nejvýkonnější grafické karty. Za rozlišení 1080p oproti 720p zaplatíme polovinou grafického výkonu. Nebo se na to dá pohlížet tak, že za rozlišení 1080p zaplatíme horší kvalitou obrazu her, třeba hoším dohledem, protože už nebude zbývat výkon na výpočet vzdálenějších objektů.

Stojí to za to? Stojí to za to, když víme, že rozlišení 720p je pro většinu hráčů video her optimální a vyšší rozlišení pro ně nebude mít žádný výrazný přínos? Stojí to za to, když víme, že za vyšší rozlišení zaplatíme podstatným snížením kvality renderované scény? To si musí každý zodpovědět sám. Pro mě je to důvod označit 1080p u videoher za zbytečné plýtvání. Chápu že pro PC hráče je to málo, že i u 1080p mají příliš hrubý obraz, ale pro konzolové hráče je to zbytečně moc, ti mají obraz optimálně jemný zpravidla už se 720p.

U minulé generace konzolí byla otázka zda to za to stojí zodpovězena, nestálo to za to a standardem se stalo 720p i méně. U nové generace si to zdravý rozum bude muset znovu vybojovat. Já sám za sebe říkám, nestojí to za to, je to iracionání a kontraproduktivní. Je to plýtvání výkonem, který se dá využít efektivněji na něco, co bude mít pro hry skutečný přínos. Ať z herní stránky jako třeba větší dohled nebo stabilní framerate, tak i z té vizuální, jako je třeba lepší vyhlazování hran. A to říkám jako člověk, který má 60" FHD plazmu a může se tak cítit oprávněn požadovat FHD hry. Ale nemyslím si, že by to bylo k jejich prospěch.

Chápu, že kolem 1080p TV je a brzy i kolem 4K TV bude obrovsky silný hype, kterému je snadné podlehnout. Chápu, že někde je 1080p opravdů málo, třeba u PC monitoru, jak ukazuje následující tabulka. Ale tyto případy nelze vztahovat bezmyšlenkovitě na videohry, které se hrají na televizoru. A pokud si zachováme chaldnou hlavu a budeme k tomu přistupovat racionálně, zjistíme, že šílenství kolem rozlišení nextgen videoher je zcela zbytečné a maximálně může pomáhat některým jedincům si zvyšovat sebevědomí, jiný přínos nemá.

rozklikni

3 komentáře:

  1. Super čtení, jsem rád, že to konečně někdo komentuje rozumně pomocí faktů a ne falešných emocí a závisti. Jen kdyby si ho přečetlo a pochopilo víc lidí...ale jak píšeš už na začátku článku, většina takových haterů by ten článek ani nezvládla přečíst do konce, nedejbože pochopit :)

    OdpovědětVymazat
  2. UHD má využitie v downsamplingu, FHD pre zmenu v upsamplingu. Neviem však, či ho niektorá z konzol podporuje.

    OdpovědětVymazat
  3. Super clanok, prave riesim dilemu ci 50" FHD alebo 50" UHD TV. Po precitani clanku v tom zacinam mat jasnejsie. Jednina vec, ktora ma este zaujima a o ktorej som sa docital vo viacerych inych clankoch je nasledovna. Zevraj UHD TV dokaze z FHD obsahu (napr. bluray filmy) dostat este krajsi obraz ako FHD TV z FHD obsahu. Som laik, ale ide asi o upscaling ? Moze to tak byt ? je mozne ten rozdiel pozorovat zo vzdialenosti cca 3,5 m na 50" TV ? Dakujem za odpoved

    OdpovědětVymazat