帧率、显示器刷新率与垂直同步

朱雀 2022-07-16 05:48 355阅读 0赞

提到显卡的帧率（FPS）、显示器刷新率和垂直同步的关系，第一印象是这些概念之间似乎没有直接的关系，实则不然。  
首先来解释帧率（FPS，即Frame Per Second，帧/秒）。通俗来说，帧率是用来衡量显卡渲染能力的一个指标。显卡在处理图像数据时，性能越强的显卡，在均等时间内（比如1秒），渲染出的静态图像的数量（这一幅静态图像就称为一帧）。一幅一幅的静态图像按顺序以一定的速度出现在我们面前，由于人眼具有的视觉暂留特性，使得我们感觉画面里的物体似乎在运动，也就形成了动画（和典型的动画片一个原理）。如果在一定时间内出现在我们眼前的静态画面越多（帧率越高），我们就感觉画面越流畅。性能强悍的显卡可以在一秒内渲染更多的帧，画面也自然越流畅，其FPS指标自然就高。  
先跳过温度，解释下显示器刷新率。显卡渲染出多帧图像，是需要显示设备呈现在我们面前的。这个显示设备就是我们熟知的显示器。显示器有一个概念叫做刷新率（Windows系统在控制面板，显示里设置），是指在1秒内，重新刷新屏幕的次数。  
那么帧率和刷新率有什么关系？  
人眼可以直接感知的画面是来自显示器，因此，所谓的画面是否流畅，是从显示器观察而来。显卡的帧率是否能让我们感知到（换句话说就是画面是否流畅）是受到显示器的刷新率的制约的。  
现在的显卡通常可以将CS的帧率渲染到120以上，即120FPS。可通常我们使用的显示器只能达到60HZ的刷新率。显然，即使显卡在1秒内将画面变化了120次，但显示器只有展示其中60幅的能力。这种时候，我们感知的流畅度其实是60FPS。  
上面的情况是显卡渲染的帧率大于显示器刷新率的情况，如果帧率低于刷新率呢？比如显卡性能稍弱，在某些时候只能达到30FPS左右的帧率时，是怎样的呢？显示器的刷新率是固定的，无论显卡帧率如何，一定会按照其固有的刷新率更新画面，如果显卡帧率是30，显示器刷新率是60HZ，其实每一秒我们看到的画面还是更新了60次，不过其中一些更新，画面没有任何变化罢了（通俗的例子，帧率30，显示器会把显卡渲染出的一帧在屏幕上刷新两次，同一帧刷两次，2帧画面自然一致，我们感觉画面似乎没变）。  
现在介绍下垂直同步。现在几乎所有的游戏画面设置中，都会提供“垂直同步”选项，这个选项有什么作用呢？  
垂直同步又称场同步(Vertical Hold)，显示器的刷新一帧后就会产生一个垂直同步信号。当我们选择“垂直同步”(即打开垂直同步)时，显卡在渲染每一帧之前会等待垂直同步信号，只有显示器完成了一次刷新时，发出垂直同步信号，显卡才会渲染下一帧。这种情况下，显卡的渲染能力会受到显示器刷新率的制约。如果显示器刷新率是60Hz，显卡帧率最多只会达到60。对于高端显卡，这种情况下，显然会制约其性能发挥。如果显卡渲染能力不高于显示器刷新率，则显卡性能不会受到影响。  
垂直同步会制约高端显卡性能发挥，是不是意味着高端显卡就要选择关闭它？  
这里，我要从人的体验角度来回答这个问题。  
资料表明：一般12FPS就可以让人形成连贯的视觉感受，认为20FPS是RPG类游戏运行的最低标准，但对CS、极品飞车等高速游戏来说，60FPS才能得到比较理想的效果。  
人眼可以接受的最大图像频率是每秒62格。 要获得最大的真实性, 就必须使视网膜的吸纳接近饱和。  
根据资料，人眼可以接受的图像变化范围是每秒62格（当然这一定是个平均数）。通常可以认为，如果显卡帧率大于62，已经达到了人眼可以接受的极限。根据显卡帧率和显示器的刷新率的关系，帧率的展现收到显示器刷新率的制约，而通常的显示器刷新率为60Hz，因此我们可以认为，显卡帧率可以达到60就可以为我们提供完美的游戏体验。  
（再提供几个参考数据：  
通常PAL制式的电视帧率为25，NTSC制式的电视帧率为29.97。中国采用的是PAL制。这已经可以满足我们大部分的观看需要了）  
现在来正式回答要不要关闭垂直同步的问题。高端的显卡（足够将您要运行的游戏渲染到每秒60帧以上，甚至更高的显卡），不要关闭垂直同步。一来显卡全速运行的高帧率我们无法体会到（远超人眼接受画面的极限和显示器的刷新率），还会造成显卡温度飙升，不仅浪费能源还缩短显卡的使用寿命。二来，在运行某些游戏时，关闭垂直同步反而会造成画面撕裂，跳帧（感觉不流畅）等的问题。  
至于中端或者低端的显卡，因为显卡能力有限，开启不开启垂直同步，对使用体验影响不大。  
小结。通过以上分析，我们不难得到这个结论：显卡够用即可（受到人眼和显示设备的制约），无须迷恋各种评测中高高在上的各种数据。那些数据并不能给我们带来实际的实惠，反而还会带来更多的麻烦。  
以上博文参考了若干仁兄的文章，在此表示感谢！

文中的各种概念并没有严格参照专业领域的定义，而是以通俗的方式进行了介绍，旨在阐明本文观点，可能和实际有所出入

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