顯卡的幀率(FPS)、顯示器刷新率和垂直同步的關系

提到顯卡的幀率(FPS)、顯示器刷新率和垂直同步的關系,第一印象是這些概念之間似乎沒有直接的關系,實則不然。

首先來解釋幀率(FPS,即Frame Per Second,幀/秒)。通俗來說,幀率是用來衡量顯卡渲染能力的一個指標。顯卡在處理圖像數據時,性能越強的顯卡,在均等時間內(比如1秒),渲染出的靜態圖像的數量(這一幅靜態圖像就稱為一幀)。一幅一幅的靜態圖像按順序以一定的速度出現在我們面前,由于人眼具有的視覺暫留特性,使得我們感覺畫面里的物體似乎在運動,也就形成了動畫(和典型的動畫片一個原理)。如果在一定時間內出現在我們眼前的靜態畫面越多(幀率越高),我們就感覺畫面越流暢。性能強悍的顯卡可以在一秒內渲染更多的幀,畫面也自然越流暢,其FPS指標自然就高。

先跳過溫度,解釋下顯示器刷新率。顯卡渲染出多幀圖像,是需要顯示設備呈現在我們面前的。這個顯示設備就是我們熟知的顯示器。顯示器有一個概念叫做刷新率(Windows系統在控制面板,顯示里設置),是指在1秒內,重新刷新屏幕的次數。

那么幀率和刷新率有什么關系?

人眼可以直接感知的畫面是來自顯示器,因此,所謂的畫面是否流暢,是從顯示器觀察而來。顯卡的幀率是否能讓我們感知到(換句話說就是畫面是否流暢)是受到顯示器的刷新率的制約的。

現在的顯卡通常可以將CS的幀率渲染到120以上,即120FPS。可通常我們使用的顯示器只能達到60HZ的刷新率。顯然,即使顯卡在1秒內將畫面變化了120次,但顯示器只有展示其中60幅的能力。這種時候,我們感知的流暢度其實是60FPS。

上面的情況是顯卡渲染的幀率大于顯示器刷新率的情況,如果幀率低于刷新率呢?比如顯卡性能稍弱,在某些時候只能達到30FPS左右的幀率時,是怎樣的呢?顯示器的刷新率是固定的,無論顯卡幀率如何,一定會按照其固有的刷新率更新畫面,如果顯卡幀率是30,顯示器刷新率是60HZ,其實每一秒我們看到的畫面還是更新了60次,不過其中一些更新,畫面沒有任何變化罷了(通俗的例子,幀率30,顯示器會把顯卡渲染出的一幀在屏幕上刷新兩次,同一幀刷兩次,2幀畫面自然一致,我們感覺畫面似乎沒變)。

現在介紹下垂直同步。現在幾乎所有的游戲畫面設置中,都會提供“垂直同步”選項,這個選項有什么作用呢?

垂直同步又稱場同步(Vertical Hold),顯示器的刷新一幀后就會產生一個垂直同步信號。當我們選擇“垂直同步”(即打開垂直同步)時,顯卡在渲染每一幀之前會等待垂直同步信號,只有顯示器完成了一次刷新時,發出垂直同步信號,顯卡才會渲染下一幀。這種情況下,顯卡的渲染能力會受到顯示器刷新率的制約。如果顯示器刷新率是60Hz,顯卡幀率最多只會達到60。對于高端顯卡,這種情況下,顯然會制約其性能發揮。如果顯卡渲染能力不高于顯示器刷新率,則顯卡性能不會受到影響。

垂直同步會制約高端顯卡性能發揮,是不是意味著高端顯卡就要選擇關閉它?

這里,我要從人的體驗角度來回答這個問題。資料表明:一般12FPS就可以讓人形成連貫的視覺感受,認為20FPS是RPG類游戲運行的最低標準,但對CS、極品飛車等高速游戲來說,60FPS才能得到比較理想的效果。人眼可以接受的最大圖像頻率是每秒62格。 要獲得最大的真實性, 就必須使視網膜的吸納接近飽和。

根據資料,人眼可以接受的圖像變化范圍是每秒62格(當然這一定是個平均數)。通常可以認為,如果顯卡幀率大于62,已經達到了人眼可以接受的極限。根據顯卡幀率和顯示器的刷新率的關系,幀率的展現收到顯示器刷新率的制約,而通常的顯示器刷新率為60Hz,因此我們可以認為,顯卡幀率可以達到60就可以為我們提供完美的游戲體驗。

(再提供幾個參考數據:通常PAL制式的電視幀率為25,NTSC制式的電視幀率為29.97。中國采用的是PAL制。這已經可以滿足我們大部分的觀看需要了)

現在來正式回答要不要關閉垂直同步的問題。高端的顯卡(足夠將您要運行的游戲渲染到每秒60幀以上,甚至更高的顯卡),不要關閉垂直同步。一來顯卡全速運行的高幀率我們無法體會到(遠超人眼接受畫面的極限和顯示器的刷新率),還會造成顯卡溫度飆升,不僅浪費能源還縮短顯卡的使用壽命。二來,在運行某些游戲時,關閉垂直同步反而會造成畫面撕裂,跳幀(感覺不流暢)等的問題。

至于中端或者低端的顯卡,因為顯卡能力有限,開啟不開啟垂直同步,對使用體驗影響不大。

小結。通過以上分析,我們不難得到這個結論:顯卡夠用即可(受到人眼和顯示設備的制約),無須迷戀各種評測中高高在上的各種數據。那些數據并不能給我們帶來實際的實惠,反而還會帶來更多的麻煩。

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