9 Minutės
Kiek „pikselių“ žmogaus akis iš tiesų sugeba atskirti ir ar 8K televizorius turi prasmę jūsų svetainėje? Nauji Kembridžo universiteto tyrimai, atlikti bendradarbiaujant su Meta Reality Labs, iš naujo peržiūri prielaidą apie regos aštrumą ir skaitmeninius ekranus. Rezultatai rodo, kad mūsų akys — ir smegenys, interpretuojančios jų signalus — tam tikrais aspektais gali būti aštresnės, o tam tikrais apribotos labiau negu tradicinis 20/20 standartas nurodo.
Rethinking visual acuity: pixels per degree explained
Istoriškai 20/20 rega ir Snellen lentelė tapo tolimesnių lūkesčių dėl žmogaus gebėjimo matyti ankstesniu etalonu. Tačiau šie matavimai buvo skirti raidžių atpažinimui ant sienos, o ne šiuolaikinių aukštos raiškos ekranų vertinimui. Kembridžo tyrėjų komanda naudojo kitą matą — pikselius vienam regos lauko laipsniui (pixels per degree, ppd) — tai, kiek atskirų ekrano pikselių tilptų į vieną regos lauko laipsnį. Šis dydis labiau tinka televizoriams, monitoriams ir galvos pakabinamiems ekranams (head-mounted displays), nes tiesiogiai susieja fizinę ekrano struktūrą su žmogaus matymo geometrija.
Tyrimo tikslas buvo nustatyti realaus pasaulio suvokimą: savanoriams buvo rodomi raštuotų modelių vaizdai su itin smulkiomis gradacijomis. Aštuoniolika dalyvių, kurių amžius svyravo nuo 13 iki 46 metų, stebėjo pilkosios skalės ir spalvotus raštus įvairiais atstumais ir kampais — įskaitant tiesioginį, centrų žvilgsnį ir periferinę regą. Jei stebėtojas patikimai atskirdavo linijas modelyje, tai tyrėjai traktavo kaip įrodymą, kad akis gali išskirti detalę tame ppd lygyje.
Key experimental details
- Bandymo aplinkos buvo parinktos taip, kad atitiktų tipinius atstumus nuo sofos iki televizoriaus Jungtinės Karalystės gyvenamajame kambaryje ir žiūrėjimo kampus, kurie dažnai pasitaiko namų aplinkoje. Tai padėjo įvertinti, kaip realios žiūrėjimo sąlygos veikia suvokimą ir ekrano pikselių reikšmę.
- Stimulai buvo pateikti tiek pilkai (achromatine), tiek keliose spalvų kanaluose, siekiant ištirti, kaip kromatinė informacija veikia suvokiamą raišką. Skirtingi spalviniai kanalai—raudonas, žalias, geltonas, violetinis—paruodavo skirtumus spalvinio suvokimo ribose.
- Tyrime buvo tikrinama tiek centrinė, tiek periferinė rega, nes žinoma, jog periferinė spalvinė jautrumo dalis mažėja. Tai leido atskirti, kiek spalvinė informacija realiai prisideda prie detalumo suvokimo skirtingose regos srityse.
Be šių pagrindinių nustatymų, tyrėjai atsižvelgė į papildomus kintamuosius: apšvietimo intensyvumą, kontrastą, ekrano tipą ir atvaizdavimo dinamiką. Tokie faktoriai dažnai keičia akies gebėjimą atskirti smulkius elementus ir yra svarbūs praktiniame ekrano dizaino bei vaizdo optimizavimo kontekste.
What they found: higher resolution, but with caveats
Stebinantys pagrindiniai rezultatai: žmogaus akis gali išspręsti daugiau detalių nei tradicinis 60 ppd įvertis, grindžiamas 20/20 rega. Tačiau gebėjimas priklauso nuo spalvos. Matavimų ribos apytiksliai siekė 94 ppd pilkoje skalėje, 89 ppd žaliame ir raudoname kanale, o geltoname ir violetiniame kanaluose — tik apie 53 ppd. Paprastai tariant, achromatinis detalumas (šviesumo skirtumai) gali būti atskiriamas smulkiau negu chromatinis detalumas (spalvų skirtumai), ypač periferinėje regoje.
Šios reikšmės padeda paaiškinti praktinį pastebėjimą: standartiniuose žiūrėjimo atstumuose, pavyzdžiui, sėdint prie 44 colių televizoriaus dauguma žmonių negali atskirti kiekvieno 4K ar 8K ekrano pikselio. Tai reiškia, kad grynai erdvinės raiškos prasme labai aukštos skiriamosios gebos ekranai tokio dydžio gali neteikti matomo pranašumo, nebent žiūrima labai iš arti arba naudojamas dar didesnis ekranas. Kitaip sakant, papildomi milijonai pikselių akims ne visada reiškia geresnį patiriamą vaizdą.
Tačiau svarbu pažymėti kelias praktines niuansines interpretacijas. Pirma, matavimo sąlygos tyrime buvo gerai kontroliuojamos — laboratorinės sąlygos, standartiškai nustatytas kontrastas ir ryškumas bei konkrečios testų procedūros. Namų žiūrėjimo sąlygos gali skirtis: kambario apšvietimas, sėdėjimo poza, ekrano atspindžiai ir turinio kokybė taip pat prisideda prie galutinės patirties. Antra, net jei atskirti kiekvieno pikselo neįmanoma, didesnė skiriamoji geba gali pagerinti aliasingą, judesio perteikimą ir galutinį vaizdo apdorojimą, todėl kai kuriais atvejais naudą galima jausti net ir esant ribotam atskyrimo pojūčiui.
Why color changes everything
Žmogaus spalvų apdorojimas yra mažiau tikslus nei šviesumo (luminancijos) apdorojimas. Tyrimo vyresnysis autorius Rafał Mantiuk pažymėjo, kad „mūsų smegenys neturi gebėjimo labai tiksliai pajusti spalvų detales, todėl spalvotuose vaizduose matėme stiprų sumažėjimą, ypač periferinėje regoje.“ Kitaip tariant, net jei ekranas išdėsto daug chromatinių pikselių į mažą plotą, mūsų neuroninė sistema gali nevisiškai išnaudoti tą tankumą.
Spalvinio informacijos perteikimo ribotumai kyla iš fotoreceptorių pasiskirstymo tinklelyje: lankstinukai (cones), kurie atsakingi už spalvų matymą, yra tankesni centrinėje tinklainės zonoje (fovea) ir retesni periferijoje. Be to, spalvinių kanalų apdorojimas regos žievėje (kortikaliniu lygmeniu) turi skirtingą jautrumą ir filtravimo ypatybes, todėl spalvų rezoliucija šiuo požiūriu yra ribota.
Filtrai ir perceptualūs reguliavimai gali padėti išnaudoti turimą informaciją geriau. Tyrimas rodo, kaip vaizdo apdorojimas, atsižvelgiantis į tinklainės ir kortikalines ribas — pavyzdžiui, prisitaikant kontrastą ir spalvų detales pagal žiūrėjimo kampą ir atstumą — gali pagerinti suvokiamą vaizdo kokybę be poreikio didinti natyvią pikselių skaičių. Tokios strategijos apima adaptyvią skaliavimą, kampų priklausomą filtravimą, bei matricinius sprendimus, kurie ekonomiškai paskirsto skiriamosios gebos išteklius ten, kur akys yra jautriausios.
Praktiniai pavyzdžiai apima dinaminį kontrasto stiprinimą centrinėje vaizdo zonoje, spalvų smulkumo mažinimą periferijoje ir judesio pritaikytą perimetriją – visos šios procedūros gali sumažinti duomenų kiekį, padidinti vaizdo perteikimo efektyvumą ir sumažinti energijos sąnaudas, tuo pačiu pagerinant subjektyvų vaizdo aštrumą.
Implications for display design and consumer choice
Gamybos sektoriui iš šių rezultatų išeina aiški praktinė išvada: didinant gryną pikselių skaičių virš to, ką dauguma akių gali panaudoti, grįžtamumas mažėja. Vietoje to verta kurti ekranus, pritaikytus žmogaus regos gebėjimų pasiskirstymui — galbūt optimizuojant ne vidutinį, o 95-ojo procentilio žiūrovą, arba taikant adaptacines strategijas, kurios geriau atitiktų realias žiūrėjimo sąlygas. Tokia dizaino filosofija gali atnešti geresnę vartotojo patirtį nei vien pikselių skaičiaus didinimas.
Tai ypač svarbu virtualios ir papildytosios realybės (VR/AR) įrenginiams, kur pikseliai viename laipsnyje tiesiogiai susieja su suvokiamu aštrumu. PPD (pixels per degree) matas yra lemiamas VR/AR ekrano dizaino kriterijus ir tiesiogiai veikia jausmą „neatsitraukimo“ nuo realybės (immersion). Meta Reality Labs bendradarbiavimas šiame tyrime parodo, kaip dizaineriai gali panaudoti psichofizinius duomenis, subalansuodami skiriamąją gebą, energijos suvartojimą ir gamybos kaštus.
Vartotojams žinia paprasta: prieš investuojant į 8K, apsvarstykite žiūrėjimo atstumą ir ekrano dydį. Daugybėje gyvenamųjų kambarių gerai sukalibruotas 2K (Full HD) arba 4K televizorius pateiks tokį pat detalumą normaliu sėdėjimo atstumu, ypač atsižvelgiant į spalvų suvokimą ir smegenų apdorojimą. Jei sėdima labai arti arba kambario sąlygos ir turinys reikalauja itin didelės detalės (pvz., profesionalus redagavimas, medicininė vizualizacija, specializuoti simuliatoriai), 8K ar dar didesnė raiška gali būti tikslinga.
Be to, verta paminėti vartotojo elgesio aspektus: žmonės dažnai atkreipia dėmesį ne tik į matematinį pikselių skaičių, bet ir į vaizdo triukšmą, spalvų kalibraciją, judesio valdymą ir bendrą ekrano kokybę. Todėl gamintojai, siekiantys konkuruoti rinkoje, gali daugiau laimėti koncentruodamiesi į optimizuotą vaizdo apdorojimą, adaptacinius filtrus ir geresnę vartotojo patirtį, nei vien tik į rekordinius pikselių skaičius.
Filtrai gali būti taikomi skaitmeniniams vaizdams, kad pagerintų jų stebėjimo kokybę. Čia apačioje esantis vaizdas buvo pakeistas taip, kad atitiktų tinklainės žiūrėjimo kampą, jautrią audinį akies gale. (Ashraf et al., Nat Commun, 2025)
Expert Insight
Dr. Elena Serrano, regos neuromokslininkė (fiktyvus autorius), specializuota suvokime ir ekrano technologijose, priduria: „Dažnai laikome akį kaip kameros objektyvą, bet ji yra triukšminga biologinė sistema. Tinklainė ir regos žievė kartu nusprendžia, kurios detalės yra reikšmingos. Išmanieji ekranai, prisitaikantys prie žmogaus suvokimo — didinant luminancijos kontrastą ten, kur mūsų akys yra jautriausios, ir taupant chromatines detales ten, kur jos mažiau reikšmingos — atrodys aštresni be papildomų pikselių.“
Tokia perspektyva skatina taikyti jau egzistuojančias filtravimo ir perceptualinio atvaizdavimo technikas, kurios šiuo metu naudojamos kai kuriuose transliavimo ir žaidimų srautuose, taip pat praplėsti jas į televizorius bei vartotojų įrenginius. Tokie sprendimai gali sutaupyti pralaidumą ir energiją, tuo pačiu išlaikant arba net pagerinant tai, ką žiūrovas tikrai suvokia kaip vaizdo kokybę.
Galiausiai tyrimas primena, kad žmogaus rega yra tiek optinių sensorių, tiek neuroninės interpretacijos produktas. Evoliucija suformavo šią sistemą taip, kad ji būtų „pakankamai gera“ išlikimui, o ne skirta užfiksuoti kiekvieną smulkų skirtumą aukštos raiškos skaitmeniniame vaizde. Ekranų gamintojai, kurie projektuos su šia sudėtinga sąveika galvoje — derindami psichofiziką, optinį dizainą ir vaizdo apdorojimą — greičiausiai pirmieji užkariaus vartotojų dėmesį ir pinigines ateityje.
Praktiniai patarimai tiek pirkėjams, tiek dizaineriams apima: įvertinti įprastą žiūrėjimo atstumą, koncentruotis į gerą kalibraciją (kontrastas, baltos balansas), užtikrinti tinkamą apšvietimą kambaryje ir svarstyti adaptacines vaizdo apdorojimo technologijas, kurios optimizuoja vaizdą pagal žmogaus regos ypatybes. Tokios priemonės dažnai suteikia didesnę vertę nei vien tik didesnė natyvi skiriamoji geba.
Apibendrinant: nors akys gali suvokti daugiau detalių nei manyta anksčiau pagal 20/20 standartą, spalvinio apdorojimo apribojimai ir realios žiūrėjimo sąlygos dažnai nulemia tai, kad 8K televizorius ne visada atneša ryškiai matomą pranašumą gyvenamajame kambaryje. Atsižvelgiant į ppd, spalvų suvokimą, žiūrėjimo atstumą ir vartotojo poreikius, gerai sukalibruotas 2K ar 4K ekranas gali būti praktiškesnis pasirinkimas daugeliu atvejų.
Šaltinis: sciencealert
Palikite komentarą