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  • Der 24-Fps-Mythos: Warum 24 Frames in Spielen nicht flüssig ist - Bild- und Videobeweise - Update: Slow-Motion-Video

    Beinahe täglich stolpern wir über die Aussage, dass 24 Bilder pro Sekunde zum Spielen ausreichen. Doch stimmt das wirklich? PC Games Hardware klärt auf und erklärt Ihnen genau, wie sich die Sachlage verhält. Um alles zu veranschaulichen, haben wir Video- und Bildvergleiche für sie angefertigt, sodass Sie sich selbst ein Bild vom "Mythos" machen können.

    Update: Um den Unterschied zwischen 24 und 60 Fps noch deutlicher herauszuheben, haben wir ein Slow-Motion-Video für Sie produziert, in dem Sie nun noch deutlicher den Unterschied zwischen 24 und 60 Fps sehen können. Sie finden das Video weiter unten im Artikel an der Stelle, an der es thematisch passt.
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    Original-Artikel: "Mehr als 24 Fps braucht kein Mensch!" - diese Aussage haben Sie bestimmt schon einmal gehört, schließlich wird sie immer dann verbreitet, wenn es um die Frage geht, ab welcher Bildrate ein Spiel flüssig läuft. Die Begründung für den 24-Fps-Mythos ist immer dieselbe: Ein typischer Kinofilm laufe ja auch mit dieser Bildrate und das genüge schließlich für einen flüssigen Eindruck. Die Wahrheit gestaltet sich nicht ganz so simpel, denn Film und Computerspiel präsentieren ihre Bildinhalte auf unterschiedliche Weise.

    Fachbegriffe erläutert
    > Bildrate alias Bild(wechsel)frequenz
    Bezeichnet die Anzahl der Einzelbilder (Frames) pro Zeiteinheit. Eine ausreichend hohe Frequenz aus Einzelbildern ermöglicht es unserem Auge, sie als fortlaufende Sequenz wahrzunehmen. Maßeinheit der Bildrate: Fps (Frames per second)

    > Bildwiederholrate alias Bildwiederholfrequenz
    Maßeinheit für die Anzahl der Bildwiederholungen pro Zeiteinheit; unabhängig von der eigentlichen Bildrate (s. o.). Eine zu niedrige Wiederholrate, etwa 24 Hz, resultiert in Flackern, weshalb sich Kino und deutsches TV auf 48 respektive 50 Hz geeinigt haben – ein Bild wird zweimal angezeigt. Am PC sind derzeit 120 Hz bei 1.920 x 1.080 Pixeln oder 60 Hz bei 2.560 x 1.600 Bildpunkten Stand der Technik.

    > Zeilensprungverfahren alias Interlacing
    Der Zeilensprung (Interlacing) verringert Flackern bei zu geringen Bildraten. Ein Vollbild (von gewöhnlich 24 pro Sekunde) wird hierbei zeilenweise in zwei Halbbilder zerlegt, welche nacheinander angezeigt werden. Durch das Interlacing wird die Bildwiederholfrequenz verdoppelt oder gar verdreifacht, während progressive Wiedergabe nur Vollbilder ohne Zeilensprung beinhaltet.

    >Stroboskopeffekt und Nachbildwirkung
    Phänomene, die es uns ermöglichen, eine Bildabfolge als (flüssige) Bewegung wahrzunehmen. Die Nachbildwirkung beschreibt den Effekt, dass Lichtreize kurz nach dem Auftreffen auf der Netzhaut (Auge) eine Weile nachwirken und sich mit neuen Reizen vermischen.

    Der 24-Fps-Mythos: Augenscheinlichkeiten

    Fotografie (Einzelbilder) und Film (Bildersequenz) sind eng miteinander verzahnt. Nachdem man zu Beginn des 19. Jahrhunderts erstmals in der Lage war, Bilder der Realität anzufertigen, gelang es gegen Ende desselben Jahrhunderts, die Illu­sion von Bewegung zu erzeugen: Der Fotograf fertigte mehrere Aufnahmen eines beweglichen Objekts nacheinander an, um sie anschließend abzuspulen - Sie kennen das vielleicht vom Daumenkino.

    Das menschliche Auge sorgt dafür, dass dieses Prinzip funktioniert. Studien ergaben, dass mindestens 16 Bilder pro Sekunde dargestellt werden müssen, damit sie unser Sehorgan als fortlaufende Bewegung wahrnimmt. Damit aus "fortlaufend" "flüssig" wird, ist aber eine deutlich höhere Bildrate vonnöten. Fakt ist: Der Mensch kann rund 24 Einzelbilder als solche erkennen und unterscheiden - das ist aber nicht gleichbedeutend damit, dass unser Wahrnehmungsapparat hier am Ende ist! Er ist durch das begrenzte zeitliche Auflösungsvermögen und den Stroboskopeffekt (siehe Extrakasten) lediglich ein dankbares Opfer und vermischt die Bilder zu einem fließenden Ablauf.

    Nichtsdestotrotz erwählte die Filmindustrie jenes 24-Fps-Limit als Norm, selbst heute laufen die meisten Kinofilme mit 24 Vollbildern pro Sekunde (24 Fps "progressive"). Doch das ist nur die halbe Wahrheit, denn diese Bild(wechsel)rate wird durch einen Trick verdoppelt: den Zeilensprung ("Interlacing"). Hierbei baut sich ein vollständiges Bild aus zwei Halbbildern auf. Zunächst werden für das erste Halbbild nur die ungeraden Zeilen dargestellt. Ist dies abgeschlossen, folgt das zweite Halbbild mit den geraden Zeilen. Die Bildwiederholrate ("Refresh Rate"), angegeben in Hertz, ist beim Zeilensprung folglich doppelt so groß wie die Vollbildrate - aus 24 Fps werden 48 Hz mit ebenso vielen Halbbildern. Begegnet Ihnen beispielsweise die Angabe "1080i", so handelt es sich um einen solchen Halbbildmodus. Die Intention des Zeilensprungs liegt darin, das bei 24 Hz auftretende Flackern zu lindern - ohne tatsächlich mit fast 50 Fps zu hantieren und damit die Übertragungsbandbreite explodieren zu lassen.

    Der 24-Fps-Mythos: Trickserei, Teil 2

    Als wenn das noch nicht genug wäre, kommt bei Filmaufnahmen prinzipbedingt ein weiterer Kniff zum Tragen: Durch die chemische Reaktionszeit des Filmmaterials (Celluloid) und die Verschlusszeit der Kamera entsteht während des Belichtens Unschärfe ("Motion Blur") bei allen Objekten, die sich bewegen. Der Effekt interpoliert zwischen den einzelnen Bildern und verschmiert die bewegten Teile gegen die Bewegungsrichtung, sodass in jedem Bild zusätzliche Information steckt. Unser Auge fällt auch auf diesen Trick herein und vermengt den Brei zu einem nahtlosen Übergang. Dass jedes Film-Frame einer bewegten Szene mehr oder minder unscharf ist, können Sie ganz einfach nachprüfen: Drücken Sie doch einfach mal während einer Actionszene auf den Pause-Knopf.

    Motion Blur: Sinn, Zweck und Simulation
    Spiele versuchen die aus Realität und Filmen bekannte Bewegungsunschärfe nachzubilden. Dadurch wird die zeitliche Auflösung erhöht.
     
    Motion Blur gehört in die Kategorie „Effekte aus der Realität, die in Spielen oft überzeichnet werden“. Normalerweise kommt sogenanntes Screen-Based-MB zum Einsatz, das heißt, dass bei Bewegung des Spielers das komplette Bild einen Schleier abbekommt. Je ruckartiger die Bewegung, desto stärker der Effekt, da stets die aufeinanderfolgenden Bilder miteinander verrechnet werden. Auf Screenshots und bei geringen Bildraten resultiert dies in unschönem Brei – wie in Filmen. Immerhin: Der Effekt, auch Temporal Anti-Aliasing genannt, sorgt für einen subjektiv weicheren Bildablauf, ersetzt erwartungsgemäß aber nicht den Eindruck hoher Frameraten. Probieren Sie’s doch mal mit Crysis 1, 2 oder Warhead aus! Die Optionen dazu finden Sie in den Grafikmenüs. Schneller geht es per Konsole: Mit dem Befehl „r_motionblur X“ – wobei X für eine Zahl von 0 (aus) bis 3 (Maximum) steht – schalten Sie zwischen verschiedenen Modi durch. Immer öfter anzutreffen ist Object Based Motion Blur, das auch beim Stand des Spielers schnelle Elemente mit einem Schweif versieht. 

    Drehung in Crysis Warhead
    before
    after
    Full-HD Slider

    Der 24-Fps-Mythos: Darf es etwas mehr sein?

    Allen Antiruckel-Tricks zum Trotz: Selbst Filme mit ihrer konstanten Blur-Bildrate laufen nicht wirklich flüssig ab. Die Tricks führen lediglich dazu, dass weite Teile eines Films in einem Wahrnehmungsfenster ablaufen, das unser Kopf als akzeptabel empfindet. Die Geschwindigkeit der Kamera­schwenks, die der gefilmten Objekte und deren Entfernung zur Kamera bestimmen maßgeblich darüber, wie regelmäßig der Eindruck wirkt. Gemächliche Bewegungen und Schwenks schmeicheln unserem Auge, während Flüge über riesige Panoramen und hektische Actionszenen oft abgehackt wirken. Faktisch wirken sie nicht nur so, sie sind es: Je größer die Differenz zwischen den aufeinanderfolgenden Bildern, desto schwerer wiegt eine träge Wiedergabe, die pro Sekunde zu selten aktualisiert wird. Aufgemöbeltes Kino, beispielsweise IMAX HD (siehe Extrakasten), bietet seit Jahren die Lösung in Form einer verdoppelten Bildrate - und einer feineren Auflösung.

    IMAX: Mehr Fps und mehr Pixel für mehr Fläche
    IMAX HD arbeitet mit 48 Vollbildern pro Sekunde – im Gegensatz zu „normalem“ Kino, Standard-IMAX (beide 24 Fps, 48 Hz) und unserem PAL-Fernsehen (25 Fps, 50 Hz). Dieser Schritt ergibt sich unter anderem durch die riesige Leinwand, denn bei schnellen Kameraschwenks reichen 24 Fps selbst mit bestem Motion Blur nicht aus, um eine flüssige Bewegung zu vermitteln. Sony hat in vorhergehenden Analysen festgestellt, dass gewisse Testpersonen die einzelnen Teilbilder sogar bis zu 75 Fps wahrnehmen konnten. Nach anfänglichen Diskussionen entschied man sich aber gegen einen IMAX-Standard mit 75 Fps. Bei heutigen IMAX-Filmen mit ihren 48 Vollbildern kann nur noch eine kleine Minderheit Unterschiede zu noch schnelleren Bildwiederholraten erkennen. Insofern haben die geforderten 60 Fps der „High Sense“-Gemeinde ihre wissenschaftliche Grundlage gefunden. Warum sich 48-Fps-Kino (oder mehr) trotz der Vorteile nicht durchsetzt: Die Kosten für eine IMAX-HD-Produktion übersteigen jene für Standard-Kinofilme um ein Vielfaches. Dennoch kündigte James Cameron an, dass man Avatar 2 und 3 mit 48 oder 60 Fps anfertigen werde.

    Der 24-Fps-Mythos: Film gegen Computerspiel

    Greifen Hollywoods Special-Effect-Schmieden zur computergenerierten Trickkiste, so müssen sie den bei analogen Filmen automatisch entstehenden Motion-Blur-Effekt künstlich hinzufügen. Ohne die Bewegungsunschärfe wäre (bzw. ist) ein CG-Film die Abfolge perfekt gezeichneter, weil digitaler Einzelbilder, die nur mit hohen Fps-Raten den Eindruck von Flüssigkeit vermitteln - Toy Story, Avatar und ­Shrek würden mit "lupenreinen" 24 Fps genauso wenig Spaß machen wie Counter-Strike. An dieser Stelle sind wir bei unser aller Hobby angelangt: Für Computerspiele gilt dasselbe wie für CGI-Blockbuster auf der Leinwand.

    Es ist also die Bewegungsunschärfe, die uns niedrige Bildraten leichter ertragen lässt. In der Realität ist sie auch präsent - allerdings verpackt in einer unendlichen Bildrate. Am heimischen Rechner gelten andere Regeln: Die (endliche) Bildrate wird von der installierten Hardware und der Game-Engine bestimmt, Motion Blur ist erst dann sichtbar, wenn die Designer sie von Hand integrieren. Erst Jahre nach dem Jahrtausendwechsel setzte sich dieser Effekt allmählich in Spielen durch, begünstigt durch die immer größere Rechenkapazität. Was als primitiver Vollbild-Schmiereffekt begann, wird in aktuellen Spielen deutlich präziser kalkuliert und vereinzelt durch sogenanntes Object Motion Blur ergänzt. Hierbei erhalten bewegliche Objekte, etwa ein umherspringendes Monster, einen von der Spielerbewegung unabhängigen Blurfilm. Dieses Stilmittel dürfen Sie unter anderem in Battlefield 3, Metro 2033 sowie in Crysis 1 und 2 bewundern.

    Beide Effekte interpolieren zwischen Einzelbildern und sorgen für einen subjektiv weicheren Ablauf als ohne diesen Zusatz, benötigen jedoch ebenfalls ein Mindestmaß an Fps. Wird jenes nicht erfüllt, etwa bei einer Bildrate von 15 Fps, sehen wir nur eine Diashow mit 15 unscharfen, zählbaren Frames.

    Techtelmechtel: Filmbranche vs. PC
    FormatÜbliche FramerateÜbliche Ausgabeart
    PAL-TV (u. a. Deutschland)25 Fps (konstant)Interlaced, z. B. 576i
    NTSC-TV (u. a. Amerika)23,976 Fps (konstant)Interlaced, z. B. 480i
    DVD-Film (PAL; SD)25 Fps (konstant)Interlaced, z. B. 576i
    DVD-Film (NTSC; SD)24 Fps (konstant)Interlaced, z. B. 480i
    Blu-ray-Film24 Fps (konstant)Progressiv, z. B. 1.080p
    HD-DVD-Film24 Fps (konstant)Progressiv, z. B. 1.080p
    Kino (Non-IMAX)24 Fps (konstant)Interlaced, unbekannt
    Kino (IMAX HD)48 Fps (konstant)Interlaced, unbekannt
    PC: 60-Hz-Monitor (Full-HD)Max. 60 Fps (mit Vsync)Progressiv, z. B. 1.080p
    PC: 120-Hz-Monitor (Full-HD)
    Max. 120 Fps (mit Vsync)Progressiv, z. B. 1.080p


    Der 24-Fps-Mythos: Latenz, des Spielers Feind

    Neben dem optischen Realismus kommt bei Computerspielen ein zusätzlicher Faktor hinzu, der gegen Frameraten im 30-Fps-Bereich spricht. Bei interaktiven Anwendungen sind Sie als Spieler in vielen Situationen auf sofortiges Feedback auf dem Bildschirm angewiesen, um nicht abgeschossen zu werden oder die Straßenbegrenzung zu küssen. Ist die Zeit zwischen Steuerkommando und Resultat auf dem Bildschirm (Latenz) zu lang, passiert genau das: Während wir noch auf die neuen Informationen (Folgebild) warten, hat sich der Gegner bereits mehrere Schritte weiter weg bewegt oder unser Bolide schrammt bereits an der kurvigen Leitplanke entlang.

    Jeder Computer hat mit Latenzen zu kämpfen, die sich aus den Signallauf- und Verarbeitungszeiten der Ein- und Ausgabegeräte ergeben. Eine für Spieler bedeutsame Latenz wird durch die Zeit bestimmt, welche die Grafikkarte zum Rendern eines Bildes benötigt. Bei 60 Fps beträgt diese rund 17 Millisekunden (1.000 ms/60), bei 30 Fps bereits das Doppelte. Dazu kommen unter anderem die sehr unterschiedlichen Verzögerungen des Bildschirms und minimale Lags der Eingabegeräte. Unabhängige militärische Untersuchungen bei der Pilotenausbildung haben gezeigt, dass die Zielsicherheit enorm litt, sobald die Latenzzeit des Simulators von 40 auf 80 Millisekunden verdoppelt wurde. Für die große Mehrheit aller Menschen sind Latenzzeiten bis maximal 70 ms vertretbar, wobei vereinzelte Testkandidaten bereits bei Reak­tionszeiten von 50 ms Probleme mit der Genauigkeit bekamen.

    Der 24-Fps-Mythos: Fallbeispiele und Zahlen

    Die Untersuchungen lassen sich direkt auf Spiele übertragen. Angenommen, Sie fahren eine Gerade mit einer Geschwindigkeit von 60 Metern pro Sekunde (216 km/h). Bei 24 Fps wird zwischen zwei angezeigten Bildern eine Strecke von 2,5 Metern zurückgelegt, bei 48 Fps sind es noch 1,25 Meter und bei 120 Fps nur noch 0,313 Meter. Je kürzer der Lag, desto präziser lassen sich Gas und Bremse dosieren. Rennspiele wie Race Driver: Grid, Dirt oder NfS: Hot Pursuit reagieren mit 24 Fps extrem träge; erst oberhalb von 40 Fps kommt allmählich Spielspaß auf. Ähnliches gilt für Ego-Shooter mit 24 Fps: Während der 42 Millisekunden zwischen den Einzelbildern, zu denen sich die anderen Latenzen und Ihre eigene Reaktionszeit addieren, hat Sie womöglich schon ein Kontrahent niedergestreckt. Sofern Sie also nicht über die Gabe der Präkognition verfügen - Sie wären der Erste -, lohnen sich hohe Bildraten.

    Besser ergeht es Anhängern von Strategie-, Aufbau- oder Adventure-Spielen: Ob Ihre Siedler mit 20 oder 40 Fps über den Bildschirm wuseln, hat vorwiegend ästhetische Folgen, im Falle von Command & Conquer spielt es aber eine Rolle, ob Sie Ihre Einheiten präzise dirigieren können oder ob hakeliges Scrolling den Triumph verhindert.

    Der 24-Fps-Mythos: 24, 30, 60, 120 ... 240 Fps?

    Sie müssen kein "High-Sense"-Spieler sein, um 60 Fps rein visuell von 30 oder 24 Fps zu unterscheiden. Der Unterschied wird eklatant, wenn Sie zuerst eine Weile mit 60+ Fps unterwegs sind und anschließend auf 30 downgraden. Das erreichen Sie etwa durch die Aktivierung von 4x oder 8x SSAA, mithilfe eines Fps-Limiter-Tools oder per Konsolenbefehl in Call of Duty (com_maxfps 30), CS Source (fps_max 30) und Co. Wir haben für die Heft-DVD dieses ehemaligen Print-Artikels mehrere Videos angefertigt, in denen nicht nur 24 mit 30 und 60 Fps verglichen werden, sondern die auch den Einfluss von Motion Blur aufzeigen:

    Der 24-Fps-Mythos: Der PC im Aufwind

    PC-Spieler haben die Wahl, mit welcher Bildrate und Detailstufe sie spielen, während Konsoleros vor vollendete Tatsachen gestellt werden. Erst kürzlich bewarb einer der Entwickler von Modern Warfare 3 sein Werk mit der Framerate: 60 Fps sollen es auf den Konsolen werden - im Gegensatz zum 30-Fps-Ziel des Konkurrenten Battlefield 3. Letzteres ist bei Weitem nicht das einzige Konsolenspiel, das für bestmögliche Pracht die Bildrate opfert. Die Frage "Qualität oder Fps?" stellt sich Besitzern eines flinken PCs nur bedingt. In diesem Sinne: Nutzen und genießen Sie diesen Vorteil, anstatt Mythen Glauben zu schenken.

    Wissenswert: Mehr Informationen zum Thema finden Sie in:
    Grafikkarten-Rangliste: 28 Radeon- und Geforce-GPUs im Benchmarkvergleich
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    Es gibt 87 Kommentare zum Artikel
    Von Mflops
    Ich spiele mit einer preiswerten GTX 960 4 GB und in "The Division" mit durchschnittlich 45 FPS. Für mich der perfekte…
    Von BiJay
    15 FPS vs. 30 FPS vs. 60 FPS - Bo AllenDa sollte der Unterschied ersichtlich werden, je nach Person mehr oder weniger…
    Von Pokerclock
    Achtet bitte darauf Kritik auch ordentlich und sachlich zu begründen. Im Gegenzug bitte Unterstellungen unterlassen.…
    Von umax_beo
    Alle Games die ich bisher auf dem Rechner hatte, sind in voller Auflösung und Details sehr gut spielbar. Deinem…
    Von KrHome
    Die Tatsache, dass du die Begriffe Bildreproduktion und Sehvermögen zwar richtig schreiben, aber nicht erläutern…
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Beinahe täglich stolpern wir über die Aussage, dass 24 Bilder pro Sekunde zum Spielen ausreichen. Doch stimmt das wirklich? PC Games Hardware klärt auf und erklärt Ihnen genau, wie sich die Sachlage verhält. Um alles zu veranschaulichen, haben wir Video- und Bildvergleiche für sie angefertigt, sodass Sie sich selbst ein Bild vom "Mythos" machen können.
http://www.pcgameshardware.de/Spiele-Thema-239104/Tipps/Wann-laufen-Spiele-fluessig-1034704/
09.11.2012
http://www.pcgameshardware.de/screenshots/medium/2012/11/Aufmacher_Mythos_24_FPS.jpg
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