Исследователи из Кембриджского университета и Meta* Reality Labs обнаружили, что существует предел тому, насколько детально человеческий глаз может воспринимать изображение на дисплее, что позволяет предположить, что более высокое разрешение экранов не всегда обеспечивает заметное улучшение качества изображения.
Результаты исследования, опубликованного в журнале Nature Communications, появились на фоне того, как производители продолжают внедрять дисплеи с более высоким разрешением для телевизоров, смартфонов, компьютеров, автомобилей, а также устройств дополненной (AR) и виртуальной (VR) реальности. AR накладывает цифровой контент на реальный мир, тогда как VR создает полностью цифровую среду. Исследователи заявили, что знание точки, после которой дополнительные пиксели перестают давать видимую разницу, может помочь компаниям создавать более эффективные дисплеи и избегать ненужных затрат вычислительной мощности и средств.
В исследовании изучалось то, что часто называют «ретинальным разрешением» — наивысшее разрешение, при котором изображение выглядит абсолютно резким без заметного размытия. Хотя этот термин относится к сетчатке, светочувствительному слою в задней части глаза, исследователи отметили, что этот предел может быть вызван не только сетчаткой. Вместо этого он зависит от того, как вся зрительная система, включая мозг, обрабатывает то, что мы видим.
Для измерения этого предела команда создала специальную установку с перемещающимся дисплеем, которая позволяла им непрерывно изменять расстояние просмотра и контролировать эффективное разрешение, воспринимаемое участниками. Они заявили, что этот подход преодолел ключевое ограничение предыдущих исследований, которые не могли так точно регулировать разрешение.
Вместо того чтобы смотреть только на количество пикселей на экране, исследователи измеряли пиксели на градус (PPD), что показывает, сколько пикселей экрана умещается в одном градусе поля зрения человека. В отличие от стандартного разрешения экрана, PPD также учитывает расстояние просмотра, что делает его более практичным способом оценки того, насколько резким дисплей выглядит на самом деле с места, где сидит человек.
Участникам показывали очень мелкие узоры в градациях серого и цветные, и просили определить, могут ли они различить линии. Исследователи проверяли как центральное зрение, известное как фовеальное зрение, так и периферическое зрение на разных расстояниях просмотра. Фовеальное зрение исходит из небольшой центральной части сетчатки и отвечает за восприятие мелких деталей, в то время как периферическое зрение охватывает внешние области поля зрения и лучше обнаруживает движение, чем мелкие детали. Исследование также сравнивало ахроматические (черно-белые) узоры с хроматическими (красно-зелеными и желто-фиолетовыми) узорами, чтобы понять, как цвет влияет на способность глаза разрешать детали.
Результаты показали, что глаз может обнаруживать больше деталей, чем широко принятый предел в 60 PPD, который основан на традиционном стандарте зрения 20/20, измеряемом с помощью таблицы Снеллена. Этот тест зрения, впервые введенный в XIX веке, измеряет остроту зрения, то есть способность различать мелкие детали в стандартных условиях.
Для изображений в градациях серого, просматриваемых центральным зрением, участники достигли среднего предела разрешения в 94 PPD. Предел составил 89 PPD для красно-зеленых узоров и 53 PPD для желто-фиолетовых узоров. Результаты также показали, что люди гораздо хуже способны различать очень мелкие детали в цвете, чем на черно-белых изображениях, особенно за пределами центра зрения.
«Наш мозг на самом деле не обладает достаточной способностью воспринимать детали в цвете, поэтому мы увидели значительное падение для цветных изображений, особенно при просмотре периферическим зрением», — сказал профессор Рафал Мантюк с кафедры информатики и технологий Кембриджа. «Наши глаза — это, по сути, датчики, которые не так уж хороши, но наш мозг обрабатывает эти данные в то, что, по его мнению, мы должны видеть».
Исследователи заявили, что практическая польза от более высокого разрешения дисплеев зависит от нескольких факторов, включая размер экрана, расстояние просмотра и освещение в помещении. Например, в типичной гостиной в Великобритании, где зритель сидит примерно в 2,5 метрах от телевизора, 44-дюймовый телевизор 4K или 8K не даст заметного улучшения по сравнению с телевизором Quad HD (QHD) того же размера, поскольку дополнительные пиксели будут находиться за пределами того, что глаз может обнаружить на этом расстоянии.
«Поскольку большие инженерные усилия направлены на улучшение разрешения мобильных дисплеев, а также дисплеев AR и VR, важно знать максимальное разрешение, при котором дальнейшие улучшения не приносят заметной пользы», — сказала ведущий автор доктор Малиха Ашраф. «Но не было исследований, которые бы фактически измеряли, что может видеть человеческий глаз и каковы пределы его восприятия».
Команда также смоделировала, как предел разрешения варьируется в популяции, что позволяет производителям разрабатывать дисплеи, достигающие ретинального разрешения для большинства пользователей, а не только для среднего наблюдателя. Основываясь на этой работе, они разработали бесплатный онлайн-калькулятор, который оценивает наиболее подходящее разрешение дисплея с использованием размеров комнаты, расстояния просмотра и размера экрана. Этот инструмент может помочь людям сравнить имеющийся у них дисплей с тем, который они планируют приобрести.
Исследователи заявили, что результаты могут также повлиять на технологии, выходящие за рамки телевизоров. Производители дисплеев могли бы использовать эти результаты, чтобы избежать добавления пикселей, которые пользователи не видят, тем самым уменьшая вычислительную мощность, необходимую для работы экранов. Эти эталонные показатели также могут помочь улучшить рендеринг — процесс создания цифровых изображений из компьютерных данных — и видеокодирование, которое сжимает видео, чтобы его можно было эффективно хранить или передавать по потоку, сохраняя при этом качество изображения.
«Наши результаты устанавливают «полярную звезду» для разработки дисплеев, имея последствия для будущих технологий визуализации, рендеринга и видеокодирования», — сказал соавтор доктор Алекс Чапиро из Meta* Reality Labs.
Источник: University of Cambridge, Nature
Эта статья была сгенерирована с помощью ИИ и отредактирована. В соответствии с Разделом 107 Закона об авторском праве 1976 года, этот материал используется в целях новостного освещения. Добросовестное использование — это использование, разрешенное статутом об авторском праве, которое в противном случае могло бы нарушать права.
Facebook*, Instagram* и WhatsApp* принадлежат компании Meta* Platforms Inc., деятельность которой признана экстремистской и запрещена на территории Российской Федерации.
Всегда имейте в виду, что редакции могут придерживаться предвзятых взглядов в освещении новостей.
Автор – Sayan Sen
