Der 24-Fps-Mythos: Warum 24 Frames in Spielen nicht flüssig ist - Bild- und Videobeweise - Update: Slow-Motion-Video

Update: Um den Unterschied zwischen 24 und 60 Fps noch deutlicher herauszuheben, haben wir ein Slow-Motion-Video für Sie produziert, in dem Sie nun noch deutlicher den Unterschied zwischen 24 und 60 Fps sehen können. Sie finden das Video weiter unten im Artikel an der Stelle, an der es thematisch passt.
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Original-Artikel: "Mehr als 24 Fps braucht kein Mensch!" - diese Aussage haben Sie bestimmt schon einmal gehört, schließlich wird sie immer dann verbreitet, wenn es um die Frage geht, ab welcher Bildrate ein Spiel flüssig läuft. Die Begründung für den 24-Fps-Mythos ist immer dieselbe: Ein typischer Kinofilm laufe ja auch mit dieser Bildrate und das genüge schließlich für einen flüssigen Eindruck. Die Wahrheit gestaltet sich nicht ganz so simpel, denn Film und Computerspiel präsentieren ihre Bildinhalte auf unterschiedliche Weise.

Der 24-Fps-Mythos: Augenscheinlichkeiten

Fotografie (Einzelbilder) und Film (Bildersequenz) sind eng miteinander verzahnt. Nachdem man zu Beginn des 19. Jahrhunderts erstmals in der Lage war, Bilder der Realität anzufertigen, gelang es gegen Ende desselben Jahrhunderts, die Illu­sion von Bewegung zu erzeugen: Der Fotograf fertigte mehrere Aufnahmen eines beweglichen Objekts nacheinander an, um sie anschließend abzuspulen - Sie kennen das vielleicht vom Daumenkino.

Das menschliche Auge sorgt dafür, dass dieses Prinzip funktioniert. Studien ergaben, dass mindestens 16 Bilder pro Sekunde dargestellt werden müssen, damit sie unser Sehorgan als fortlaufende Bewegung wahrnimmt. Damit aus "fortlaufend" "flüssig" wird, ist aber eine deutlich höhere Bildrate vonnöten. Fakt ist: Der Mensch kann rund 24 Einzelbilder als solche erkennen und unterscheiden - das ist aber nicht gleichbedeutend damit, dass unser Wahrnehmungsapparat hier am Ende ist! Er ist durch das begrenzte zeitliche Auflösungsvermögen und den Stroboskopeffekt (siehe Extrakasten) lediglich ein dankbares Opfer und vermischt die Bilder zu einem fließenden Ablauf.

Nichtsdestotrotz erwählte die Filmindustrie jenes 24-Fps-Limit als Norm, selbst heute laufen die meisten Kinofilme mit 24 Vollbildern pro Sekunde (24 Fps "progressive"). Doch das ist nur die halbe Wahrheit, denn diese Bild(wechsel)rate wird durch einen Trick verdoppelt: den Zeilensprung ("Interlacing"). Hierbei baut sich ein vollständiges Bild aus zwei Halbbildern auf. Zunächst werden für das erste Halbbild nur die ungeraden Zeilen dargestellt. Ist dies abgeschlossen, folgt das zweite Halbbild mit den geraden Zeilen. Die Bildwiederholrate ("Refresh Rate"), angegeben in Hertz, ist beim Zeilensprung folglich doppelt so groß wie die Vollbildrate - aus 24 Fps werden 48 Hz mit ebenso vielen Halbbildern. Begegnet Ihnen beispielsweise die Angabe "1080i", so handelt es sich um einen solchen Halbbildmodus. Die Intention des Zeilensprungs liegt darin, das bei 24 Hz auftretende Flackern zu lindern - ohne tatsächlich mit fast 50 Fps zu hantieren und damit die Übertragungsbandbreite explodieren zu lassen.

Der 24-Fps-Mythos: Trickserei, Teil 2

Als wenn das noch nicht genug wäre, kommt bei Filmaufnahmen prinzipbedingt ein weiterer Kniff zum Tragen: Durch die chemische Reaktionszeit des Filmmaterials (Celluloid) und die Verschlusszeit der Kamera entsteht während des Belichtens Unschärfe ("Motion Blur") bei allen Objekten, die sich bewegen. Der Effekt interpoliert zwischen den einzelnen Bildern und verschmiert die bewegten Teile gegen die Bewegungsrichtung, sodass in jedem Bild zusätzliche Information steckt. Unser Auge fällt auch auf diesen Trick herein und vermengt den Brei zu einem nahtlosen Übergang. Dass jedes Film-Frame einer bewegten Szene mehr oder minder unscharf ist, können Sie ganz einfach nachprüfen: Drücken Sie doch einfach mal während einer Actionszene auf den Pause-Knopf.

Motion Blur: Sinn, Zweck und Simulation in Rage

Kein (Object) Motion Blur Schwaches Object Motion Blur Starkes Object Motion Blur

Vollbild-Vergleich

Drehung in Crysis Warhead

mit Motion BlurVollbild-Sliderohne Motion Blur

Der 24-Fps-Mythos: Darf es etwas mehr sein?

Allen Antiruckel-Tricks zum Trotz: Selbst Filme mit ihrer konstanten Blur-Bildrate laufen nicht wirklich flüssig ab. Die Tricks führen lediglich dazu, dass weite Teile eines Films in einem Wahrnehmungsfenster ablaufen, das unser Kopf als akzeptabel empfindet. Die Geschwindigkeit der Kamera­schwenks, die der gefilmten Objekte und deren Entfernung zur Kamera bestimmen maßgeblich darüber, wie regelmäßig der Eindruck wirkt. Gemächliche Bewegungen und Schwenks schmeicheln unserem Auge, während Flüge über riesige Panoramen und hektische Actionszenen oft abgehackt wirken. Faktisch wirken sie nicht nur so, sie sind es: Je größer die Differenz zwischen den aufeinanderfolgenden Bildern, desto schwerer wiegt eine träge Wiedergabe, die pro Sekunde zu selten aktualisiert wird. Aufgemöbeltes Kino, beispielsweise IMAX HD (siehe Extrakasten), bietet seit Jahren die Lösung in Form einer verdoppelten Bildrate - und einer feineren Auflösung.

Der 24-Fps-Mythos: Film gegen Computerspiel

Greifen Hollywoods Special-Effect-Schmieden zur computergenerierten Trickkiste, so müssen sie den bei analogen Filmen automatisch entstehenden Motion-Blur-Effekt künstlich hinzufügen. Ohne die Bewegungsunschärfe wäre (bzw. ist) ein CG-Film die Abfolge perfekt gezeichneter, weil digitaler Einzelbilder, die nur mit hohen Fps-Raten den Eindruck von Flüssigkeit vermitteln - Toy Story, Avatar und ­Shrek würden mit "lupenreinen" 24 Fps genauso wenig Spaß machen wie Counter-Strike. An dieser Stelle sind wir bei unser aller Hobby angelangt: Für Computerspiele gilt dasselbe wie für CGI-Blockbuster auf der Leinwand.

Es ist also die Bewegungsunschärfe, die uns niedrige Bildraten leichter ertragen lässt. In der Realität ist sie auch präsent - allerdings verpackt in einer unendlichen Bildrate. Am heimischen Rechner gelten andere Regeln: Die (endliche) Bildrate wird von der installierten Hardware und der Game-Engine bestimmt, Motion Blur ist erst dann sichtbar, wenn die Designer sie von Hand integrieren. Erst Jahre nach dem Jahrtausendwechsel setzte sich dieser Effekt allmählich in Spielen durch, begünstigt durch die immer größere Rechenkapazität. Was als primitiver Vollbild-Schmiereffekt begann, wird in aktuellen Spielen deutlich präziser kalkuliert und vereinzelt durch sogenanntes Object Motion Blur ergänzt. Hierbei erhalten bewegliche Objekte, etwa ein umherspringendes Monster, einen von der Spielerbewegung unabhängigen Blurfilm. Dieses Stilmittel dürfen Sie unter anderem in Battlefield 3, Metro 2033 sowie in Crysis 1 und 2 bewundern.

Beide Effekte interpolieren zwischen Einzelbildern und sorgen für einen subjektiv weicheren Ablauf als ohne diesen Zusatz, benötigen jedoch ebenfalls ein Mindestmaß an Fps. Wird jenes nicht erfüllt, etwa bei einer Bildrate von 15 Fps, sehen wir nur eine Diashow mit 15 unscharfen, zählbaren Frames.

Der 24-Fps-Mythos: Latenz, des Spielers Feind

Neben dem optischen Realismus kommt bei Computerspielen ein zusätzlicher Faktor hinzu, der gegen Frameraten im 30-Fps-Bereich spricht. Bei interaktiven Anwendungen sind Sie als Spieler in vielen Situationen auf sofortiges Feedback auf dem Bildschirm angewiesen, um nicht abgeschossen zu werden oder die Straßenbegrenzung zu küssen. Ist die Zeit zwischen Steuerkommando und Resultat auf dem Bildschirm (Latenz) zu lang, passiert genau das: Während wir noch auf die neuen Informationen (Folgebild) warten, hat sich der Gegner bereits mehrere Schritte weiter weg bewegt oder unser Bolide schrammt bereits an der kurvigen Leitplanke entlang.

Jeder Computer hat mit Latenzen zu kämpfen, die sich aus den Signallauf- und Verarbeitungszeiten der Ein- und Ausgabegeräte ergeben. Eine für Spieler bedeutsame Latenz wird durch die Zeit bestimmt, welche die Grafikkarte zum Rendern eines Bildes benötigt. Bei 60 Fps beträgt diese rund 17 Millisekunden (1.000 ms/60), bei 30 Fps bereits das Doppelte. Dazu kommen unter anderem die sehr unterschiedlichen Verzögerungen des Bildschirms und minimale Lags der Eingabegeräte. Unabhängige militärische Untersuchungen bei der Pilotenausbildung haben gezeigt, dass die Zielsicherheit enorm litt, sobald die Latenzzeit des Simulators von 40 auf 80 Millisekunden verdoppelt wurde. Für die große Mehrheit aller Menschen sind Latenzzeiten bis maximal 70 ms vertretbar, wobei vereinzelte Testkandidaten bereits bei Reak­tionszeiten von 50 ms Probleme mit der Genauigkeit bekamen.

Der 24-Fps-Mythos: Fallbeispiele und Zahlen

Die Untersuchungen lassen sich direkt auf Spiele übertragen. Angenommen, Sie fahren eine Gerade mit einer Geschwindigkeit von 60 Metern pro Sekunde (216 km/h). Bei 24 Fps wird zwischen zwei angezeigten Bildern eine Strecke von 2,5 Metern zurückgelegt, bei 48 Fps sind es noch 1,25 Meter und bei 120 Fps nur noch 0,313 Meter. Je kürzer der Lag, desto präziser lassen sich Gas und Bremse dosieren. Rennspiele wie Race Driver: Grid, Dirt oder NfS: Hot Pursuit reagieren mit 24 Fps extrem träge; erst oberhalb von 40 Fps kommt allmählich Spielspaß auf. Ähnliches gilt für Ego-Shooter mit 24 Fps: Während der 42 Millisekunden zwischen den Einzelbildern, zu denen sich die anderen Latenzen und Ihre eigene Reaktionszeit addieren, hat Sie womöglich schon ein Kontrahent niedergestreckt. Sofern Sie also nicht über die Gabe der Präkognition verfügen - Sie wären der Erste -, lohnen sich hohe Bildraten.

Besser ergeht es Anhängern von Strategie-, Aufbau- oder Adventure-Spielen: Ob Ihre Siedler mit 20 oder 40 Fps über den Bildschirm wuseln, hat vorwiegend ästhetische Folgen, im Falle von Command & Conquer spielt es aber eine Rolle, ob Sie Ihre Einheiten präzise dirigieren können oder ob hakeliges Scrolling den Triumph verhindert.

Der 24-Fps-Mythos: 24, 30, 60, 120 ... 240 Fps?

Sie müssen kein "High-Sense"-Spieler sein, um 60 Fps rein visuell von 30 oder 24 Fps zu unterscheiden. Der Unterschied wird eklatant, wenn Sie zuerst eine Weile mit 60+ Fps unterwegs sind und anschließend auf 30 downgraden. Das erreichen Sie etwa durch die Aktivierung von 4x oder 8x SSAA, mithilfe eines Fps-Limiter-Tools oder per Konsolenbefehl in Call of Duty (com_maxfps 30), CS Source (fps_max 30) und Co. Wir haben für die Heft-DVD dieses ehemaligen Print-Artikels mehrere Videos angefertigt, in denen nicht nur 24 mit 30 und 60 Fps verglichen werden, sondern die auch den Einfluss von Motion Blur aufzeigen:

Der 24-Fps-Mythos: Der PC im Aufwind

PC-Spieler haben die Wahl, mit welcher Bildrate und Detailstufe sie spielen, während Konsoleros vor vollendete Tatsachen gestellt werden. Erst kürzlich bewarb einer der Entwickler von Modern Warfare 3 sein Werk mit der Framerate: 60 Fps sollen es auf den Konsolen werden - im Gegensatz zum 30-Fps-Ziel des Konkurrenten Battlefield 3. Letzteres ist bei Weitem nicht das einzige Konsolenspiel, das für bestmögliche Pracht die Bildrate opfert. Die Frage "Qualität oder Fps?" stellt sich Besitzern eines flinken PCs nur bedingt. In diesem Sinne: Nutzen und genießen Sie diesen Vorteil, anstatt Mythen Glauben zu schenken.