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浅析显卡的帧率FPS,显示器刷新率和垂直同步

浅析显卡的帧率FPS,显示器刷新率和垂直同步

提到显卡的帧率(FPS)、显示器刷新率和垂直同步的关系,第一印象是这些概念之间似乎没有直接的关系,实则不然。

首先来解释帧率(FPS,即Frame Per Second,帧/秒)。通俗来说,帧率是用来衡量显卡渲染能力的一个指标。显卡在处理图像数据时,性能越强的显卡,在均等时间内(比如1秒),渲染出的静态图像的数量(这一幅静态图像就称为一帧)。一幅一幅的静态图像按顺序以一定的速度出现在我们面前,由于人眼具有的视觉暂留特性,使得我们感觉画面里的物体似乎在运动,也就形成了动画(和典型的动画片一个原理)。如果在一定时间内出现在我们眼前的静态画面越多(帧率越高),我们就感觉画面越流畅。性能强悍的显卡可以在一秒内渲染更多的帧,画面也自然越流畅,其FPS指标自然就高。

先跳过温度,解释下显示器刷新率。显卡渲染出多帧图像,是需要显示设备呈现在我们面前的。这个显示设备就是我们熟知的显示器。显示器有一个概念叫做刷新率(Windows系统在控制面板,显示里设置),是指在1秒内,重新刷新屏幕的次数。

那么帧率和刷新率有什么关系?

人眼可以直接感知的画面是来自显示器,因此,所谓的画面是否流畅,是从显示器观察而来。显卡的帧率是否能让我们感知到(换句话说就是画面是否流畅)是受到显示器的刷新率的制约的。
现在的显卡通常可以将CS的帧率渲染到120以上,即120FPS。可通常我们使用的显示器只能达到60HZ的刷新率。显然,即使显卡在1秒内将画面变化了120次,但显示器只有展示其中60幅的能力。这种时候,我们感知的流畅度其实是60FPS。
上面的情况是显卡渲染的帧率大于显示器刷新率的情况,如果帧率低于刷新率呢?比如显卡性能稍弱,在某些时候只能达到30FPS左右的帧率时,是怎样的呢?显示器的刷新率是固定的,无论显卡帧率如何,一定会按照其固有的刷新率更新画面,如果显卡帧率是30,显示器刷新率是60HZ,其实每一秒我们看到的画面还是更新了60次,不过其中一些更新,画面没有任何变化罢了(通俗的例子,帧率30,显示器会把显卡渲染出的一帧在屏幕上刷新两次,同一帧刷两次,2帧画面自然一致,我们感觉画面似乎没变)。

现在介绍下垂直同步。现在几乎所有的游戏画面设置中,都会提供“垂直同步”选项,这个选项有什么作用呢?
垂直同步又称场同步(Vertical Hold),显示器的刷新一帧后就会产生一个垂直同步信号。当我们选择“垂直同步”(即打开垂直同步)时,显卡在渲染每一帧之前会等待垂直同步信号,只有显示器完成了一次刷新时,发出垂直同步信号,显卡才会渲染下一帧。这种情况下,显卡的渲染能力会受到显示器刷新率的制约。如果显示器刷新率是60Hz,显卡帧率最多只会达到60。对于高端显卡,这种情况下,显然会制约其性能发挥。如果显卡渲染能力不高于显示器刷新率,则显卡性能不会受到影响。

垂直同步会制约高端显卡性能发挥,是不是意味着高端显卡就要选择关闭它?

这里,我要从人的体验角度来回答这个问题。
资料表明:一般12FPS就可以让人形成连贯的视觉感受,认为20FPS是RPG类游戏运行的最低标准,但对CS、极品飞车等高速游戏来说,60FPS才能得到比较理想的效果。
人眼可以接受的最大图像频率是每秒62格。 要获得最大的真实性, 就必须使视网膜的吸纳接近饱和。

根据资料,人眼可以接受的图像变化范围是每秒62格(当然这一定是个平均数)。通常可以认为,如果显卡帧率大于62,已经达到了人眼可以接受的极限。根据显卡帧率和显示器的刷新率的关系,帧率的展现收到显示器刷新率的制约,而通常的显示器刷新率为60Hz,因此我们可以认为,显卡帧率可以达到60就可以为我们提供完美的游戏体验。
(再提供几个参考数据:
通常PAL制式的电视帧率为25,NTSC制式的电视帧率为29.97。中国采用的是PAL制。这已经可以满足我们大部分的观看需要了)

现在来正式回答要不要关闭垂直同步的问题。高端的显卡(足够将您要运行的游戏渲染到每秒60帧以上,甚至更高的显卡),不要关闭垂直同步。一来显卡全速运行的高帧率我们无法体会到(远超人眼接受画面的极限和显示器的刷新率),还会造成显卡温度飙升,不仅浪费能源还缩短显卡的使用寿命。二来,在运行某些游戏时,关闭垂直同步反而会造成画面撕裂,跳帧(感觉不流畅)等的问题。

至于中端或者低端的显卡,因为显卡能力有限,开启不开启垂直同步,对使用体验影响不大。

小结。通过以上分析,我们不难得到这个结论:显卡够用即可(受到人眼和显示设备的制约),无须迷恋各种评测中高高在上的各种数据。那些数据并不能给我们带来实际的实惠,反而还会带来更多的麻烦。

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