ShibaMaru

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什麼是 FPS 幀數?為什麼遊戲都要追求高 FPS?

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如果你從沒接觸過電腦、打過電動的話,可能對於 FPS 這個字非常疑惑,什麼是「FPS」?因為身邊有朋友對這些名詞的概念不是非常了解,所以想說乾脆寫個文章來簡單解釋一下。

FPS = 每秒幀數

先說明一下 FPS 的概念,在電腦遊戲的領域裡,它可以做為兩個概念的縮寫,一個是「 First Person Shooter」(第一人稱射擊遊戲),這大家應該比較常聽到,是指一個遊戲的類型,像比如最近比較熱門的《黑色行動:冷戰》或是《虹彩六號》等等這些就是。

而另一個概念就是本文的重點:「Frame Per Second」,也就是「每秒幀(讀作:ㄓㄥˋ)數」的縮寫,這邊的「Frame」指的就是英文「框架」、「畫框」的意思,舉個簡單的例子,大家小時候應該都有試過把圖案畫在書的空白頁上,並且用前後頁面動作連貫的畫法接連畫好幾頁(以前曾看過畫一整本筆記本的…有夠猛),然後再藉由快速翻過書頁讓頁面中的圖案做出連續的動作效果,這裡可以把每一頁的圖案理解成一個 Frame,而之所以這樣快速翻頁會讓人感覺到畫中角色動作連貫的關鍵,在專業術語上稱為「視覺暫留」(Persistence of Vision)。

而人眼每秒平均可以處理10~12 個這種畫像(Frame),也就是 10~12 FPS(Frame Per Second),意思是指,如果剛才翻書的動作不是每秒翻至少 12 頁以上的話,我們的大腦還是能快速區分眼前看到的只是不到 12 張的靜止圖像,反之就會變成無縫接軌的一連串動畫效果了,所以玩這種東西關鍵就是翻頁要跟翻臉一樣快(嗯?)

就科學測試的結果來看,平均只要 FPS 能達到 16~24 FPS 的話,人的大腦就會認為眼前看到的畫面是連續移動的場景,這也是為什麼大家可能有聽說過電影的拍攝就是以 24 FPS 來作為每秒幀數的設定。

電影之所以選擇以 24 FPS 作為主要影像規格來輸出的主觀感受在於,24 FPS 在畫面需要快速移動時,仍會帶有些許模糊、抖動、頓挫、頻閃等視覺感,這樣拍出來的成果會更貼近一般人眼看到的真實。不過值得一提的是,現在其實有愈來越多主打 BlueRay@60 FPS 的影片推出,已經陸續有開始將電影 FPS 規格拉高的趨勢,不過這多數時候仍然只限於後期重製的版本,現階段主流電影拍攝時仍然會以 24 FPS 為主,一來是剛才提到的真實感原因,二來是 24 FPS 設定相對於 60 FPS(或是部分時候會看到 48 FPS)來說在成本和剪輯影片的檔案大小部分都會小上許多,在拍攝效率方面相對還是有些優勢。(雖然我認為 60 FPS 的電影看起來也滿舒服的XD!)

那這時候大家可能會有個問題:如果 24 FPS 對於人眼來說就足夠的話,為什麼電腦遊戲不用 24 FPS 來玩就好?你可能還會聽到很多人跟你說至少也要 60 FPS、甚至 120、144 或 240 FPS 以上才夠流暢!答案是兩者之間在實際應用上還是有些差距,且以上這些問題還牽扯到一些其他概念。

遊戲幀數 vs. 電影幀數

理論上來說,電腦遊戲上的幀數邏輯都是每秒幀數越高、看到的遊戲畫面就會越平順,然而,在電影上足夠流暢的 24 FPS 到了電腦遊戲時,就會瞬間變成超級 Lag 卡頓、畫面撕裂、長時間下來甚至可能讓眼睛更疲勞、頭暈的可能,這個問題尤其對於第一人稱射擊遊戲(對…就是一開始提到的另一個 FPS)來說更是明顯,對許多人來說,玩這類遊戲至少都要 30~60 FPS 以上才足夠流暢,現階段的主流標準更是要達到至少 144 FPS 以上才足夠。

兩種領域之間的最大差別有幾項,第一是畫面生成的原理不同,簡單來說,影片的每一幀都包含了一段時間的資訊,而遊戲的每一幀則只包含那一瞬間的資訊。由於相機或攝影機的成像原理,在每一幀的拍攝過程中,都會有曝光時間,因此每一個畫面的紀錄都不單只是瞬間畫面、而是這段時間人物場景裡連續的變化過程,所以當電影的每一幀連續播放時,產生的畫面才會是連貫的畫面。

然而在電腦遊戲的成像上並非如此,遊戲的畫面是由顯卡生成,顯卡通過計算生成一幀畫面,完畢後再計算一下幀,快速運算下的結果使得產出的每一幀畫面「連接」成畫面,顯卡在這個過程中是紀錄物體移動過程中的瞬間畫面、而非連續畫面,因此同樣都是 24 FPS 的畫面,影片的每一幀畫面都包含一連串各自承先啟後的連續動作,但遊戲中則是各自獨立的靜止畫面,因此當電腦遊戲僅 24 FPS 時,畫面便會產生斷層、不連貫的問題。

第二個關鍵在於幀數的穩定性,影片在拍攝的過程中,不管出現什麼樣的畫面內容,都會維持恆定的 24 FPS,但在電腦遊戲中並不同,由於顯卡和處理器(尤其是顯卡)必須計算任何時間出現在電腦畫面中的不同場景(像是火焰、燈光、水面、水底、開槍畫面等等),各種畫面會有不同的計算複雜度,所以並不是所有畫面都能持續維持穩定的 FPS 幀數,部分時候甚至會有突然大掉幀的狀況產生,當有掉幀問題時就會產生卡頓、不流暢的體驗。

將這兩個基本觀念結合後,就能發現電腦遊戲和電影的成像兩者雖然有些雷同、但實際上卻有極大差距,這也是為什麼電腦玩家們往往都在追求玩遊戲時能達到高 FPS 的原因,而在電腦遊戲中影響遊戲 FPS 數最大的關鍵就在於顯卡的強度,所以多數玩家才會在 NVIDIA 或 AMD 兩大顯卡廠推出新卡時搶破頭。

至於為什麼大家都要追求 144Hz 或 240Hz 畫面更新率呢?這個問題我們以後會另外專文解釋,不過最簡單的理解概念是,這類螢幕能夠在玩家擁有強大顯卡後,作為穩定畫面成像的硬體關鍵,遊戲若能達到 144 FPS 以上的話,搭配 144Hz(或以上)畫面更新率的螢幕玩起遊戲來會更加流暢些。

  • 編按:關於 FPS 幀數的解釋就先到此告一段落,未來還會繼續針對電腦相關的專有名詞做簡單的解釋,希望做成一系列「鐵客學堂」,提供給電腦新手們作為參考。

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