PCGH-Retro: 30 Fps vs. 60 Fps

Dieser Artikel erschien im Original in der PC Games Hardware 01/2001. Die Fakten treffen aber auch auf aktuelle Spiele zu.

30, 60 oder 120 fps? Diese Frage beschäftigt ambitionierte 3D-Spieler schon seit Jahren. Um dem Auge das Gefühl einer flüssigen Bewegung zu vermitteln, muss der Computer die Bildszene mehrmals pro Sekunde unter veränderten Umständen neu darstellen. Ab einer gewissen Wiederholfrequenz nehmen wir die Abfolge als flüssige Bewegung war. Je leistungsfähiger Ihr System ist, umso mehr Bilder pro Sekunde werden erzeugt.

Doch auch bei hochmodernen Highend-Rechnern lässt es sich nicht vermeiden, dass ab und zu der Bildaufbau ins Stocken gerät. Komplexe Szenen mit vielen Dreiecken, vielen neuen Texturen und massenweise Explosionseffekten haben noch jedes PC-System in die Knie gezwungen. Auch wenn Ihnen Benchmarkprogramme 60 fps bescheinigen, bedeutet dies nicht zwangsläufig einen realistischen Spieleablauf. Fest steht, dass Bildwiederholraten unter 30 fps heutzutage unzureichend sind.

Computerspiele liefern keine konstanten Bildwiederholraten
Ein Kinofilm im städtischen 08/15-Kino spult lediglich 24 Bilder pro Sekunde ab. Dennoch wirkt das Bild für die meisten Kinobesucher flüssig und realistisch. Ein Grund dafür ist die konstante Wiedergabe. Ob turbulente Actionsequenz oder ruhiges Landschaftsbild, die Wiedergabefrequenz bleibt davon unbeeindruckt. Ganz anders bei PC-Spielen. In komplexen Szenen werden CPU und Grafikkarte massiv gefordert und die Framerate bricht ein, während sich Teile der Hardware in einfachen Spiele-Sequenzen däumchendrehend im Leerlauf befinden.

Je nach Spiel schwankt die Framerate zwischen 10 und 100 Bildern pro Sekunde. Derartige Schwankungen haben zur Folge, dass die in vielen Benchmarkprogrammen ermittelten durchschnittlichen Frameraten nur unzureichend die Leistungsfähigkeit eines Spielebeschleunigers ermitteln. Werden durchschnittliche 30 fps gemessen, leistet das System in vielen Bereichen mit hoher Wahrscheinlichkeit oft weniger als 20 fps. Wichtiger wäre es, ein Augenmerk auf die Tiefstwerte zu legen, welche aber nur selten protokolliert werden.

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Kino funktioniert nur dank Motion Blur
Doch auch wenn ein System in einem Computerspiel konstante 24 fps leisten könnte, wir hätten immer noch nicht den Bewegungsrealismus des Kinos erreicht. Ein wichtiger Effekt, der den PC-Spielen besonders in turbulenten Szenen fehlt, ist "Motion Blur" (Bewegungsunschärfe). Bei Filmaufnahmen wird durch die chemische Reaktionszeit des Filmmaterials (Celluloid) und der Verschlusszeit der Kamera künstliche Unschärfe bei jenen Objekten hinzugefügt, die sich bewegen. Der Effekt interpoliert zwischen den einzelnen Bildern und "verschmiert" die bewegten Bildteile gegen die Bewegungsrichtung, so dass in jedem Einzelbild zusätzliche visuelle Information steckt.

Unser Auge fällt auf den Trick herein, der in der natürlichen Umgebung durch die unendlich vielen Bilder pro Sekunde ebenfalls auftritt. Greifen die Special-Effects-Schmieden im Hollywood-Blockbuster zur computergestützten Trickkiste, so müssen Sie diesen Motion-Blur-Effekt künstlich hinzufügen. Ohne Nachbesserung würde selbst ungeschultes Kinopublikum den Kunstgriff ad hoc entlarven. Ein computergenerierter Film ohne künstliches Motion Blur wäre eine Abfolge völlig exakt gezeichneter Bilder, die nur mit enorm hohen Bildwiederholraten durch den "Motion Blur"-Automatismus unseres Sehsystems interpoliert werden könnten.



3dfx zeigt den Unterschied zwischen 60 und 30 fps
Neben dem Realismus-Aspekt kommt bei Computerspielen eine zusätzliche Komponente hinzu, welche gegen Frameraten im 30-fps-Bereich spricht. Bei derart hochinteraktiven Anwendungen sind Sie als Spieler in vielen Situationen auf sofortiges Feedback auf dem Bildschirm angewiesen. Im Gegensatz zum passiven Filmkonsum müssen Sie reagieren, ansonsten steht Ihnen das frühzeitige "Game Over" unausweichlich bevor. Ist die Zeit, welche zwischen Steuerkommando und Resultat auf dem Bildschirm vergeht (Latenz) zu lang, haben wir keine Chance, den Gegner richtig anzuvisieren oder dem Strassenverlauf zu folgen.

Während wir noch auf die neuen Informationen (neues Bild) warten, hat sich der Gegner bereits wieder mehrere Schritte weiter weg bewegt oder unser virtueller Porsche schrammt bereits an der Leitplanke entlang. Spätestens dann wird Ihnen klar, dass Ihr System einen Jungbrunnen in Form einer neuen Grafikkarte oder einer schnelleren CPU nötig hat.



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Latenz im Detail
Grundsätzlich besitzt jedes Computersystem eine Grundlatenz, die sich aus den Signallauf- und Verarbeitungszeiten der Ein- und Ausgabegeräte ergibt (ca. 20 - 50 ms). Die zusätzliche Latenz wird durch die Zeit bestimmt, welche die Grafikkarte zum Rendern eines Bildes benötigt. Bei 60 fps beträgt diese lediglich 17 ms (1s/60), bei 30 fps bereits 34 ms. Unabhängige militärische Untersuchungen bei der Pilotenausbildung haben gezeigt, dass die Zielsicherheit der Testpersonen enorm litt, sobald man die Latenzzeit des Simulators von 40 ms auf 80 ms verdoppelte.

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 bekommen. Die Untersuchungen lassen sich praktisch vollständig auf actionreiche Computerspiele ummünzen. Mit den insgesamt 37-67 ms Latenz bei 60 fps wird der ermittelte Richtwert unterboten.



Minimale 60 fps gelten als ideal
Aufgrund des Realitätsanspruchs und den Echtzeit-Anforderungen ist eine Framerate von mindestens 60 Bildern pro Sekunde erstrebenswert. Ein Blick auf einige moderne Spiele verdeutlicht jedoch, dass selbst aktuellste Systeme mit modernsten Grafikbeschleunigern und CPU-Boliden im GHz-Bereich diese Framerate nicht halten können.

Auch wenn das Verbesserungspotenzial für künftige Hardwareentwicklungen noch lange nicht ausgeschöpft ist, es lohnt sich nicht in jedem Fall, die minimalen 60 fps erzwingen zu wollen. Die meisten Games zeigen auch ab 30 fps spielbares Verhalten, sofern nicht schnelles Handeln im Vordergrund steht. Ausserdem hat schon manch ein Netzwerkspieler mit schwächerer Hardware seinem besser ausgerüsteten Kollegen die Show gestohlen.
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