幀數，從入門到入土

幀數是遊戲圈的日經話題，也是最容易引起混亂的話題之一，部分原因是缺少必要的基本知識，另一部分原因是個人評價標準不同，這涉及到審美、閱歷甚至是視力，大家的觀點差異太大，經常是聊到一半就聊不下去了。個人因素沒辦法，但是基礎知識還是可以補習的，今天我們就把這個問題談透。


關於人類為什麼會將連續播放的靜止圖片看成動態的影象，目前科學還不能完全解釋清楚，涉及到視覺暫留、似動現象等一大堆科學概念。我們今天不需要研究那麼深，我們要討論的問題很簡單：為什麼同樣的幀數下，電影看上去比遊戲流暢？

因為動態模糊。

電影的本質，是一堆連續播放的照片，而照片有快門時間/曝光時間的概念。電影的一幀，記錄的不是現實的瞬間，而是現實中一段時間內的資訊。而遊戲畫面受限於原理，每一張影象都是絕對的瞬間，相比電影影象缺失了很多資訊。

電影是每秒24張，但電影每張的曝光時間並不是1/24秒，因為膠片捲動和攝影機快門是兩回事。看過一張“索尼影視專業製作樂園”做的教學圖，一般的攝影機，1/200秒快門就已經有明顯的跳躍感了，要保證流暢最好用1/50秒或者說1/48秒的快門，即所謂的180度快門（攝影我是純小白，行家輕噴）

沒有動態模糊的24幀啥樣，我剛好找到個20幀的例子。

https://www.bilibili.com/video/av30916121

話說回來，電影卡不卡要看跟誰比，24幀這個標準太老了，在一些高動態的片子裡已經有明顯的卡頓感，如果遊戲能有240幀，就算不帶動態模糊也能吊打24幀的電影了。好萊塢也認識到了24幀的侷限性，所以才會有傑克遜的48幀電影和李安的超高幀電影出現，希望高幀率電影未來有一天能普及吧。

伯恩的電影截圖，慢快門高動態讓很多觀眾都感到不適


王家衛標誌性的偷幀。


有人會問了，皮克斯的3D動畫電影也是24幀，為什麼不卡呢？因為預渲染3D動畫會模仿電影攝製過程，加入動態模糊的資訊，3D動畫的一幀，並不是只包含了一幀的資訊。專業3D動畫軟體有非常複雜的演算法實現動態模糊，反正人家幾分鐘甚至幾小時才出一幀，有無窮無盡的算力可以浪費。而遊戲中的實時動態模糊特效當然不可能那麼講究，多數僅僅是高斯模糊的變體，這就是為什麼很多遊戲開了動態模糊效果反而讓人覺得卡。

理論上，如果機器算出120幀畫面，然後合成到30幀，那麼30幀的遊戲畫面會有巨大的提升，然而有那功夫把120幀原樣放出來就行了，沒必要脫了褲子放屁。當然，如果顯示裝置或者介面受限於60幀的限制，也可以使用幀合成的動態模糊演算法，這應該是未來算力富裕之後的事了。

這是實拍的截圖，注意看左側，影象模糊的方式非常複雜，車不是作為一個整體模式，而是要考慮到各部分在畫面上移動的速度。


這是GT賽車的片頭預渲染CG動畫，很有點意思了。


這是GT賽車的遊戲畫面，絕對清晰。


這是GT賽車遊戲畫面在照相模式下進行後期渲染的效果


顯然預渲染動畫的效果要比遊戲機實機畫面好得多，哪怕加上後期處理也是專業軟體更好。

然後再說動畫。動畫是人手畫的，按理說不會有動態模糊（後期特效另說）。而且日本動畫為了節省成本，一般是不會畫足24幀的，比如一拍三就是24幀只畫8幀，但是我們在看8幀的日本動畫的時候，並沒感覺特別的卡，這是怎麼回事呢？

其實動畫師在繪製時，已經考慮到了動畫的劣勢，做了大量的變形加工。包括迪士尼的十二法則，本質上也是為了彌補手繪的缺陷，才故意做出誇張的處理。

像京都這個手部的動態模糊，就完全是手工畫出來的。


而結合變形後就是這樣了。


有一種特殊情況是轉描動畫，就是先用真人拍一遍然後照著描成動畫，轉描時很難加入動態模糊，所以轉描方式的動畫往往給人以非常楞的感覺。24幀的轉描動畫本身效果就不好，如果是惡之華那種減幀的轉描，就非常噁心了。


2幀數、重新整理率、動畫張數

重新整理率是一個硬體概念，指的是訊號本身和顯示器的特徵，與遊戲無關。之所以很多人搞混，是因為在模擬時代，遊戲的幀數與訊號重新整理率是繫結的。

美日的N制每秒是29.97幀影象，每個影象480行，受限於頻寬，實際傳輸時每幀拆成2組240行的隔行訊號，計算時一般取整到60，與59.94大約一分鐘差2幀。而早期街機和遊戲機輸出的是逐行訊號，第一幀和第二幀都是奇數行，偶數行空著，CRT遊戲特有的掃描線其實就是解析度不足出現的空行。也就是說老遊戲機每秒輸出60張不同的圖片。

3D時代初期的遊戲機開始採用480I訊號，輸出時是隔行的，也就是說奇數偶數幀的影象是不一樣的，這就是為什麼PS2的遊戲畫面在逐行裝置上會出現拉絲的現象。

歐洲與中國大陸的電視標準為PAL，頻率50HZ，也就是50幀。老式遊戲機的執行方式是行掃描，在使用歐亞版遊戲機執行日美版本遊戲時，遊戲內部機制仍然以60HZ為基準，這就導致了影象壓扁（因為P制訊號行數更多）和拖慢。不僅是影象，連聲音也是一樣，我們之前玩的FC上的盜版遊戲，由於沒有修改遊戲內部時鐘機制，影象和音樂都是比原版慢的。

老遊戲機的2D在遇到運算不過來的情況時，往往會採取拖慢的方式，這就是STG遊戲中著名的“處理落”，而運算3D遊戲時採用跳幀還是拖慢由設計者決定。像DC上的莎木1，場景人數一多就會拖慢。

幀數（FPS），指的是遊戲內部運算每秒產生多少張影象，與重新整理率是完全不同的概念。

幀數不足是“卡”，突然掉幀也是“卡”，兩者本質上是一樣的。比如遊戲輸出訊號是60hz，而遊戲畫面是30幀，那麼顯示卡就會把同一張圖輸出2次。如果遊戲突然掉到15幀，顯示卡會繼續輸出快取中的上一張圖，也就是一張圖輸出4次。

萌新常犯的一個錯誤是，認為卡頓是幀數不均勻造成的，這是不對的，30幀的遊戲卡，30幀突然掉到15幀更卡，你覺得30幀不卡僅僅是因為你弱。

動畫張數，這是一個讓很多人糊塗的概念。

像街頭霸王2，角色一個動作也就3、4張動畫，每秒還不到8幀，為什麼遠比3D遊戲的15幀要流暢呢？因為2D遊戲的幀數與動畫張數是完全無關的兩件事，雖然角色的動作沒有變化，但是角色仍然在畫面上運動，遊戲仍然是60幀的。所以你並不會產生3D遊戲的卡的感覺，只會覺得角色動作有點生硬。

比如這3張截圖，只有2張角色動畫，但實際上是3幀不同的畫面。


越新的格鬥遊戲，角色動畫張數越多，有時候會在原有基礎上增加中間幀，目前為止角色動畫張數最多的應該還是街霸3，也並沒有達到全動畫的水平，有的必殺技每秒只有6張圖，換算到動畫僅僅是一拍四而已，

3影響幀數的因素

在2D遊戲時代，遊戲機遊戲的幀數基本是由CPU決定的。這是因為遊戲機的影象運算完全由顯示卡負擔，2D顯示卡採用硬體活動塊+硬體卷軸的原理，畫面上能同時出現多少個元素都是硬體定死的。如果畫面上元素太多，不好意思，只能輪流顯示了，所以FC遊戲經常發生畫面缺損。而2D遊戲的拖慢，一般是因為CPU無法負擔邏輯運算造成的，典型的就是STG遊戲的大量活動物體軌跡運算導致的拖慢。

同期的PC遊戲則不一樣，PC的影象運算由CPU生成，2D顯示卡只是一個簡單的合成單元，這就是為什麼早期PC的CPU效能是遊戲機的幾十倍，畫面卻不如遊戲機。

3D遊戲畫面的生成原理與2D完全不同，在光柵化體系下，影象運算分為空間座標變換+光影效果，以及光柵化渲染兩部分。早期的3D顯示卡比如VOODOO只負責光柵化的畫素紋理填充，3D運算的主體由CPU完成。同期的遊戲機比如N64也是一樣的結構。SS和PS結構更加奇葩一些，不過基本也是分成前後兩步。

之後來到以GeFore 256為代表的第二代顯示卡，賣點是硬體T&L，也就是顯示卡接手空間座標變換+光影效果的工作，CPU從圖形處理中解放了。而PS2之所以被罵，也是因為它在任天堂和微軟確定採用第二代顯示卡的情況下，仍然使用上代遊戲機的結構。（DC推出的早，沒用硬體T&L不怪世嘉）

由於CPU負擔的工作越來越少，導致遊戲機的CPU越來越弱。幀數不足的問題，CPU和GPU都有責任，但是GPU可以通過降低特效降低解析度等一系列方法減輕負擔，而CPU的運算是不能打折扣的，所以現在的遊戲機遊戲幀數不足一般都是CPU背鍋。

至於下一代光線追蹤遊戲機誰背鍋，再說吧。

4遊戲畫面多少幀才算流暢？

經常有人說自己10幀以下也能接受，15幀就不卡，進而得出結論“幀數不重要”。

來來來，給你看看16位機的3D賽車，你要還能嘴硬我服你。

https://www.bilibili.com/video/av30915947

遊戲圈把60幀定為標準，有一定的歷史因素。在80、90年代動作射擊遊戲的黃金時代，大部分街機和遊戲機都是輸出逐行訊號的，每秒有60幀不同的畫面。遊戲界所有關於手感、反饋、打擊感的概念，都是在60幀的情況下定義的，包括了從馬里奧到魂鬥羅，從街霸2到KOF的一系列經典大作。如果新遊戲不夠60幀，老玩家很快就能發覺，然後在媒體上批判一番。

為什麼很多人覺得30幀也能湊合呢？因為你們跟人家大佬玩的根本不是同一類遊戲。90年代興起的RPG AVG AADV這些型別，以及21世紀興起的沙盤遊戲（AADV或者ARPG），對動作性的要求遠不如早期的遊戲，所以30幀也能湊合玩。

同為後起之秀的FPS，對於幀數的要求比老街機遊戲還高，所以你看到PC上的FPS玩家都聲稱非60幀不玩，120幀最佳。

至於現在遍地的30幀，一方面是大部分玩家玩的遊戲型別對幀數要求不高，另一方面是3D時代硬體效能跟不上畫面的發展速度，廠商只能做到30幀。如果遊戲公司真的認為30幀夠用，就不會把60幀特意當作優點吹噓了。廠家認為大多數玩家更在意畫面的特效，解析度和幀數屬於可以犧牲的範疇，所以你看PS3和PS4兩代主機，越到後期解析度和幀數越糟糕。

為什麼最低標準是30幀不是20幀或者25幀呢？很簡單，因為90年代大家把各種幀數都試過了，典型就是我上面發的那個夢遊美國的20幀。經過實戰檢測，20幀和25幀連小白玩家都受不了。

除了畫面本身，遊戲的反饋延遲也影響到玩家的感受。FTG玩家要求60幀，是因為遊戲的判定以1/60秒為單位，比如A招在輸入後3/60生效，B招4/60生效，那麼A招就會有優勢。格鬥遊戲的製作公司會主動向玩家灌輸這些專業的概念，比如VR戰士中結城晶的提膝彈腿，明確要求按某個鍵1/60秒，超過這個時間就無效，所以格鬥遊戲玩家也被稱為“生存在1/60秒世界的人”。

當然，人的反應速度是絕對到不了1/60秒的，一般比較快的人有1/10就不錯了，但是實際遊戲過程中，我們的動作都不是憑藉臨時的反應，而是條件反射，如果遊戲反饋慢，會明顯影響感受，真的是1/10秒的話這遊戲也就不用玩了。如果遊戲空有120幀，操作要延遲4幀才能反應到畫面上，那跟30幀就沒有太大差別了。

由於現代電視大多帶有影象訊號強化功能，又進一步引入了新的延遲，有些電視的高階功能（比如補幀）會讓延遲高到難以置信的程度，所以玩遊戲時儘量關掉這些東西。像XRGB這類模數訊號轉換裝置也有專門的低延遲遊戲模式。


作者：孟德爾
專欄地址：https://zhuanlan.zhihu.com/p/43647705