Gözlerimiz Saniyede Kaç Kare (FPS) Görüyor?

Video ve filmlerde oldukça önemli bir kavramdır saniye başına kare (fps: frame per second) kavramı. FPS miktarı arttıkça görüntü daha gerçekçi ve net hale gelir; ancak tabii ki görsel verideki bilgi miktarı da artacağı için dosyanın boyutları da artacaktır.

Peki "İnsan gözü kaç fps görebilir?" diye soracak olursak? Bu zor bir sorudur. Bunun en temel sebebi, genelde sorulan soru ile öğrenilmek istenen şeyin uyumsuz olmasındandır.

Örneğin bu soru, şu soruyla aynı şeyi öğrenmeyi hedeflemez: "Görüntülerin akıcı olması için, kaç fps ile akması gerekir?"

Bu soru da, şununla aynı değildir: "Bir görüntünün titreşik olmaması için kaç fps olması gerekir?"

Ki bu soru da, şununla aynı değildir: "İnsan gözünün yakalayabileceği en kısa kare (çerçeve) ne kadardır?"

Bu konuları birazcık aydınlatarak gözümüzü daha iyi tanıyalım.

Akıcılık ve Netlik

İlk olarak hareketin yumuşaklığına bakmamız gerekiyor. Aşırı yavaş hareket eden bir sis ile ilgili bir film izlediğinizi düşünün. Görüntüdeki sisin sınırları veya keskin kenarları yoktur. Filmi 10 fps (saniye başına 10 kare) hızda oynatın. Yine de akıcı olacaktır. Neden? Çünkü bir kareden diğerine geçişteki fark çok küçüktür. Bunun en ekstrem örneği, hareketsiz bir duvarı gösteren bir videoyu izlemektir. Böyle bir videoyu 1 fps'te oynatmanız ile 1000 fps'te oynatmanız arasında en ufak bir fark olmayacaktır. Dolayısıyla gözün takip ettiği cismin hareketi ve bu hareketin hızı ile yumuşaklığı çok önemlidir.

Şimdi elinizi yavaşça yüzünüzün önünde sağa sola doğru hareket ettirin. Sonra yavaş yavaş bu hızı arttırın. En sonundaysa elinizi çılgınca sallamaya başlayın. Şimdi kendinize sorun: Gözünüz kaç kare görüyor? Oldukça az olmalı, çünkü ne kadar çılgınca sallarsanız sallayın, kaslarınızın sınırlılığından ötürü elinizi 1 saniye içerisinde gözünüzün önünden sadece birkaç defa geçirebilirsiniz. Ancak yine de gözünüz bu hareketi yakalayamıyor ve bulanık bir el görüyorsunuz.

Buna rağmen bir sorun var: Elinizin gözünüz önündeki hareketi, birkaç fps ile oynayan hareketli bir cisme göre son derece akıcı! Elinizin hareketinin kesildiğini veya zıpladığını görmüyorsunuz. Her bir parçası birbirini takip eder şekilde!

İşte bu, gözümüzün bir numarasıdır: Bulanıklaşma akıcılığı, keskinlik ise teklemeyi andırır. Yani bir cisim bulanıklaştıkça akıcı hale geliyormuş gibi algılanır; keskinliği arttıkça ise teklemeye başlar. Bunu fiziğin temel ilkelerinden olan eylemsizliğe benzetebilirsiniz. Hızla frene basan bir arabada, tıpkı sizi yeryüzüne çeken kütleçekimi gibi bir ivme hissedersiniz. Frenleme, kütleçekimini andırır.

Yapılan araştırmalar, insan gözünün 18 fps ile oynayan bir sinema filmini akıcı gördüğünü göstermektedir. 18'in altına inmeye başladıkça (hareketli bir filmden söz ediyorsak) gözümüz sıçramalar görmeye başlayacaktır ve bu rahatsızlık vericidir. Eğer ki gözünüz yüzünüzün önünde hareket ettirdiğiniz elinizi cam gibi görebilecek olsaydı, aynı akıcılığı sağlayabilmek için çok daha fazla verinin göz tarafından toplanıp beyin tarafından işlenmesi gerekecekti. Eğer ki 50 fps'te oynayan keskin bir film izliyorsanız, gözünüzün zaman zaman veri toplamaktan yorulmaya başladığını ve filmin sanki kesintili olmaya başladığını hissedebilirsiniz. Bu, gözümüzün sınırlarını görmemizi sağlayan bir durumdur.

Evrim Ağacı'ndan Mesaj

Neden Desteğe İhtiyacımız Var?

Aslında maddi destek istememizin nedeni çok basit: Çünkü Evrim Ağacı, bizim tek mesleğimiz, tek gelir kaynağımız. Birçoklarının aksine bizler, sosyal medyada gördüğünüz makale ve videolarımızı hobi olarak, mesleğimizden arta kalan zamanlarda yapmıyoruz. Dolayısıyla bu işi sürdürebilmek için gelir elde etmemiz gerekiyor.

Bunda elbette ki hiçbir sakınca yok; kimin, ne şartlar altında yayın yapmayı seçtiği büyük oranda bir tercih meselesi. Ne var ki biz, eğer ana mesleklerimizi icra edecek olursak (yani kendi mesleğimiz doğrultusunda bir iş sahibi olursak) Evrim Ağacı'na zaman ayıramayacağımızı, ayakta tutamayacağımızı biliyoruz. Çünkü az sonra detaylarını vereceğimiz üzere, Evrim Ağacı sosyal medyada denk geldiğiniz makale ve videolardan çok daha büyük, kapsamlı ve aşırı zaman alan bir bilim platformu projesi. Bu nedenle bizler, meslek olarak Evrim Ağacı'nı seçtik.

Eğer hem Evrim Ağacı'ndan hayatımızı idame ettirecek, mesleklerimizi bırakmayı en azından kısmen meşrulaştıracak ve mantıklı kılacak kadar bir gelir kaynağı elde edemezsek, mecburen Evrim Ağacı'nı bırakıp, kendi mesleklerimize döneceğiz. Ama bunu istemiyoruz ve bu nedenle didiniyoruz.

Destek Ol

Eğer ki Quake gibi hareketli bir bilgisayar oyununu 18 fps'te oynayacak olursanız, oyunda hiçbir bulanıklık olmamasına rağmen akıcı olması için daha fazla fps'ye ihtiyaç olduğunu görebilirsiniz. Buna rağmen, sinemaya gittiğinizde ekranda noktaları ve kesintileri yakalayabilirsiniz. Sinema filmleri 24 fps'te oynatılır. Burada anlamamız gereken, görüntüleri akıcı olarak görmekle hareketin detaylarını yakalamak arasında fark olduğudur.

Karanlığa Duyarlılık

Bu noktada incelenmesi gereken ikinci nokta karanlığa duyarlılıktır. Göz kamaştırıcı beyaz bir duvara baktığınızı hayal edin. Şimdi bu duvar saniyenin 25'te 1'i kadar bir süreliğine simsiyah olsun. Bunu fark eder miydiniz? Kesinlikle! Saniyenin 50'de 1'i kadar bir süreliğine siyah olacak olursa, yine görürdünüz ama gördüğünüz şeyin ne olduğundan emin olamazdınız. Saniyenin 100'de 1'i, yani sadece 10 milisaniyeliğine siyah olsaydı, muhtemelen bir değişim olduğunu hisseder ancak algılayamazdınız.

Televizyonlarınızın frekansından bunu test edebilirsiniz: 100 Hz frekansta çalışan bir televizyon almak isterseniz, bu ürünlerin "kesintisiz" olduğunu söyleyerek pazarlandıklarını görürsünüz. Elbette bu televizyonlarda da görüntüler arasında kesinti vardır; ancak bu o kadar hızlı olur ki (10 milisaniye civarında), gözünüz bunu yakalayamaz, beyin de algılayamaz. Parlaklık, karanlığı yeniyor.

Şimdi ilk kısımda öğrendiklerimize geri dönelim. Diyelim ki 24 fps'te film izliyorsunuz. İzlediğiniz sinema filmi bir şerit halinde projektöre yüklenir ve görüntünün oluşabilmesi için şeridin dönmesi gerekir. Bu durumda sinema ekranında neden aşağı doğru kayan bir görüntü görmeyiz? Sonuçta projektörün önünden akan şerit bir yöne doğru akmaktadır ve bu ekrana yansımalıdır. Bunun sebebi, görüntüler arasındaki geçişte ekranın simsiyah yapılmasıdır. Yani 2 kare arasında siyah boşluk vardır. Dolayısıyla 24 fps ile gösterilen sinema filmlerinde 1 saniye içerisinde ekran 24 defa tamamen kararır. Bu, gözümüzün algılayabileceği bir hız olsa da, rahatsızlık vermeyecek kadar hızlıdır. Dolayısıyla sinema filmlerinde eğer odaklanacak olursanız görüntüdeki sıçramaları ve o siyahlıkları yakalayabilirsiniz. Buna rağmen, görüntü akıcıdır. Yine de saniyede 24 siyah kareyi görmez miydik ve bundan rahatsız olmaz mıydık?

Bu sorunu çözmek için sinemacılar basit ama etkili bir yöntem kullanırlar: Her bir kareyi 3 defa üst üste gösterirler ve sonrasında sadece 1 kare boyunca ekranı siyah yaparak film şeridinin geçmesini sağlarlar. Dolayısıyla ekran 2 hareket arasında çok daha kısa süreliğine ve daha sık bir şekilde siyah olur. Aynı kareyi 3 defa izlersiniz; ancak bu, görüntüyü akıcı ve kesintisiz yapar. Buna "yenilenme oranını 3 katına çıkarma" denir. Dolayısıyla her ne kadar teknik olarak 24 fps ile izliyor olsanız da, yenilenme oranının 3 katına çıkarılmasından ötürü pratik olarak 72 fps ile izlersiniz ve gözünüzün bunu yakalaması çok zordur. Garip bir çözüm değil mi? 

Parlaklığa Duyarlılık

Şimdi tam tersine bakalım. Bu defa kapkaranlık bir odada olduğunuzu düşünün. Saatlerce içindeydiniz ve kapkaranlık bir halde. Önünüzde bir anda bir ışık yanıp sönüyor. Abartalım ve diyelim ki Güneş kadar parlak olsun. Saniyenin 25'te 1'i kadar yandığında gözünüz bunu fark eder miydi? Kesinlikle. 100'de 1'i? Rahatlıkla. 200'de 1'i? Sorunsuz. Görebileceğiniz gibi parlaklığa duyarlılığımız çok daha fazladır. Hatta Hava Kuvvetleri pilotlarının saniyenin 220'de 1'i kadar bir süre (4.5 milisaniye) parlayan bir ışığı bile yakalayabildikleri tespit edilmiştir.

Hem de bu tam olarak "tespit etme" işidir. "Algılamak" olarak düşünürseniz muhtemelen 3.3 milisaniyeye kadar olan parıldamaları gözümüz yakalayacak, beynimiz işleyebilecektir. Üstelik bunun sadece tek bir gözle olduğu tespit edilmiştir. İki gözle yapacak olursanız gözleriniz daha farklı alanları daha farklı hassaslıklarla tarayabileceği için muhtemelen 2 milisaniyelik bir parıldamaya kadar görüş alanınızdaki ışıkları tespit edebileceksinizdir. 

Ancak eğer ki her biri 2 milisaniye boyunca olacak şekilde yılın 365 günü boyunca gözünüzün önünde bir ışık yanıp sönerse, bunu tam olarak algılayamasanız bile beyniniz veri olarak işleyecektir. Dolayısıyla saniyenin 500'de birine kadar duyarlı olduğumuzu söylemek tam olarak doğru olmayacaktır. Birazcık daha hata payı koymamız gerekir.

Bu kadar hassas bir algıya sahip olabilmek için beynimiz, gözümüzün kusurlarından faydalanır: ışık sonrası parıldama (afterimage). Bu, gözünüze güçlü bir ışık tutup kapattıktan sonra, ışık kaynağı ortadan kalkmış olmasına rağmen halen gözünüzün önünde bir ışık görmenizdir. Gözümüzün ani değişimler karşısında reseptörlerinin uyarılması ve sonrasında hemen eski hallerine dönemiyor olmaları, beynimizin işlem yapabilmesi için ona süre tanımaktadır. Belki de reseptörlerimiz evrimsel süreçte bu sebeple daha da hassas olabilecek şekilde özelleşmemiştir. Çünkü buna ihtiyacımız yoktur; hatta aleyhimize olabilir.

Sonuç

Farklı durumlara göre gözümüzün fps duyarlılık değerleri değişmektedir. Normal şartlar altında, sıradan görüntüleri 18-25 fps civarında görürüz. Ancak eğer ki bir görüntünün "sanal gerçeklik" olacak kadar gerçekçi olmasını istiyorsanız, 500 fps'den yüksek bir değer kullanmanız gerekir. Bu noktadan sonra gözünüzü (daha doğrusu beyninizi) kandırarak gördüğünüzün bir yansıma değil, gerçek bir görüntü olduğuna ikna edebilirsiniz. Fakat yapılan araştırmalar, fps değeri arttıkça beynin işlem kapasitesinin zorlandığını ve bu sebeple baş ağrılarının ortaya çıktığını göstermektedir. Dolayısıyla aradaki dengeyi tutturmak pek kolay değildir.