FPS(每秒帧数)详解:游戏、视频及更多
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FPS 是 frames per second(每秒帧数)的缩写,指系统每秒绘制的静态画面数量,用以营造出运动的错觉。屏幕从不显示真正的运动,它显示的是一连串快速切换的静止图像,再由你的大脑将它们融合成连贯的画面。每秒到达的帧数越多,运动就越逼真、越流畅。FPS 是游戏、视频和显示器评测中被提及最多的一个数字,却也常常被误解。本指南将解释 FPS 究竟衡量什么、为什么数值越高看起来越顺滑、它与显示器刷新率有何区别,以及为什么屏幕上显示的平均数字可能掩盖严重的卡顿。你现在就可以用我们 FPS 测试主页上的免费浏览器工具测量自己的显示器。
FPS 的含义及其测量方式
一帧就是一幅完整的画面。每秒帧数计算的是一秒内生成并显示了多少幅这样的画面。在 60 FPS 下,每秒有六十幅不同的画面进入你的眼睛。这个词描述的是一种速率,因此它与更宽泛的帧率概念密切相关,帧率无非就是帧与帧相继出现的频率。在日常使用中,这两个词可以互换。FPS 是单位,帧率是概念,正如速度以英里每小时来衡量一样。
为什么更高的 FPS 看起来更流畅
流畅感来自两个相互关联的效应。第一个是视觉暂留。人的视觉系统在每幅图像消失后会短暂地保留它,因此快速切换的帧会融合成连贯的运动,而不是一张张幻灯片。约 24 FPS 被公认为运动被感知为“运动”而非一系列静止画面的下限。低于这个值,眼睛就会察觉到一格一格的跳动;高于它,错觉便得以维持,并随着帧率的攀升而增强。
第二个效应是物体在帧与帧之间跳动的距离。在低帧率下,一个快速移动的物体会从这一帧到下一帧跳过很大一段距离,眼睛会把这段间隔感知为卡顿或模糊。在高帧率下,同一个物体以更小、更接近的步幅移动,因此运动看起来连贯,在你追踪它时也依然清晰。这就是为什么快节奏动作比静态的人物特写画面能从额外的帧中获益得多。更高的 FPS 还能降低输入延迟,因为每一帧新画面都承载着游戏或界面的最新状态。每一幅新图像都是又一次向你展示刚刚发生了什么、并反映你刚刚所做操作的机会。这种提升是真实的,但并非线性。从 30 提升到 60 FPS 是天翻地覆的变化;从 60 到 120,在快速运动中也清晰可辨;而超过 240 之后,对大多数观看者来说收益就会减小,不过训练有素的玩家仍能测出好处。
FPS 与刷新率:系统渲染的 vs 屏幕显示的
FPS 和刷新率常被混淆,但它们描述的是流程中两个不同的环节。FPS 是你的硬件所渲染的内容。它是图形处理器的输出。刷新率以赫兹(Hz)为单位,是显示器实际显示的内容。一块 60 Hz 的面板每秒重绘自身六十次,无论系统向它输送多少帧。一块 144 Hz 的面板每秒重绘 144 次。你实际感受到的流畅度受限于两者中较低的那个数值。在 60 Hz 的屏幕上渲染 300 FPS,最终仍只显示六十幅不同的画面,其余的都被丢弃。在 144 Hz 的屏幕上运行 40 FPS,看起来就是 40 FPS,因为帧数不足以填满每一次刷新。想了解你自己的面板支持什么,请参阅我们关于如何查看刷新率的指南。
当渲染出的帧与屏幕刷新失去同步时,就会出现画面瑕疵。当一帧新画面在刷新过程中途到达、将图像撕裂成互不吻合的两半时,就产生了画面撕裂。VSync 通过强制 GPU 等待显示器来消除撕裂,但它会把 FPS 限制在刷新率之内,并可能增加延迟。G-Sync 和 FreeSync 等可变刷新率技术更为优雅地解决了这个问题,让面板在很宽的范围内与每一帧渲染完成的画面同步刷新。
为什么平均 FPS 会掩盖卡顿:帧生成时间与 1% Low
单一的平均 FPS 数字并不能很好地衡量一款游戏的实际手感,因为它把恰恰毁掉体验的那些瞬间抹平了。更好的指标是帧生成时间,即每一帧单独渲染所耗费的毫秒数。帧生成时间是 FPS 的倒数:60 FPS 等于 16.7 ms 的帧生成时间。稳定一致的帧生成时间给人流畅的感觉;参差不齐的则让人感到卡顿,即便平均值看起来很健康。
设想一款平均 60 FPS 的游戏,其中大多数帧耗时 16 ms,但偶尔有一帧飙升到 50 ms。平均值读数仍接近 60,可每当那一帧长帧出现时,你都会感到一次明显的顿挫。这就是为什么评测者会报告 1% Low 和 0.1% Low,即最慢的百分之一和千分之一帧的平均值。这些数字揭示出被那个抢眼的平均值所掩盖的最严重卡顿。一块平均 120 FPS 但 1% Low 只有 40 FPS 的显卡,其稳定性会不如另一块平均 100、最低 90 的显卡。你可以用我们的卡顿测试检查自己显示器的帧节奏,并用丢帧测试检查是否掉帧。
| 帧率 | 帧生成时间 | 感受与典型用途 |
|---|---|---|
| 24 FPS | 41.7 ms | 电影级影片;叙事流畅,但快速运动会模糊 |
| 30 FPS | 33.3 ms | 电视广播与休闲游戏;快速横摇时有明显卡顿 |
| 60 FPS | 16.7 ms | 游戏与视频流畅、响应灵敏的基准 |
| 120 FPS | 8.3 ms | 运动极为流畅、延迟很低;需要 120 Hz 面板 |
| 144 FPS | 6.9 ms | 高刷新率显示器上的发烧友游戏标准 |
| 240 FPS | 4.2 ms | 竞技电竞;延迟极小,追踪最清晰 |
常见的 FPS 目标:视频、游戏与电竞
合适的目标完全取决于内容。在视频中,帧数越高并不一定越好,帧率是一种兼顾创作与技术的选择。电影和高品质剧集采用 24 FPS,以获得那种熟悉的电影质感和自然的运动模糊。广播电视和新闻以 30 FPS 播出,出于历史遗留原因,技术上往往是 29.97。体育直播则提升到 50 或 60 FPS,好让快速的比赛画面保持清晰、易于跟随。把一部节奏缓慢的剧集强行提到 60 FPS,反而会让它看起来像廉价的录影棚录像,也就是许多观众所说的“肥皂剧感”。
游戏则颠覆了这一逻辑,因为帧数同时承载着响应性。30 FPS 是轻松的单机游戏可玩的最低标准。60 FPS 是主流目标,对几乎所有人来说都足够流畅、足够灵敏。120 到 144 FPS 是高刷新率显示器上发烧友的理想区间,此时运动明显更加锐利。竞技电竞玩家则追求 240 FPS 乃至更高,不单是为了画面,更是为了尽可能低的延迟和对快速移动目标最清晰的追踪。在这类游戏中,几毫秒就决定了谁先命中。我们关于游戏中的每秒帧数的专门指南,会更深入地介绍不同类型游戏的具体需求。
是什么限制或拉低了你的 FPS
你能达到的帧率由一连串硬件与软件因素决定,而最慢的那个环节决定了最终结果。GPU 通常是主要瓶颈,因为它要渲染每一帧的每一个像素。CPU 负责处理游戏逻辑、物理运算和绘制调用,在模拟运算繁重的游戏或低分辨率下,它会成为瓶颈。内存不足或存储速度慢,会在资源加载时造成顿挫。在显示这一端,显示器的刷新率以及任何已开启的 VSync 都会限制你实际看到的帧数。
设置的重要性不亚于硬件本身。分辨率是影响最大的杠杆:以 4K 渲染要求 GPU 绘制的像素约为 1080p 的四倍,因此帧率会大幅下降。光线追踪、高分辨率阴影、抗锯齿和视野距离等高负载选项,每一项都会消耗帧数。调低这些选项或降低分辨率,是在吃力的系统上提升 FPS 最快的办法。后台运行的程序、过时的 GPU 驱动、散热不佳导致的降频,以及笔记本电脑上的省电模式,也都会悄悄拉低这个数字。一款优化良好的游戏能在中等配置的硬件上流畅运行,而一款优化糟糕的游戏却可能拖垮高端主机,这正是为什么在升级任何硬件之前,都值得先关注驱动更新和游戏内设置。
如何测量你自己的 FPS
查看帧率不需要专门的设备。最快的方法是使用基于浏览器的工具,比如我们主页上的那个,它无需下载即可测量你的显示器和系统实际输出的真实帧率。这是确认显示器是否真正达到其标称刷新率最简单的方式。对于游戏,大多数作品都在画面设置中内置了 FPS 计数器。平台叠加层则能在系统层面添加一个:NVIDIA 的应用、AMD 的 Adrenalin 软件、Steam 的游戏内叠加层,以及 Windows Game Bar 都能实时显示 FPS,其中一些还会绘制帧生成时间曲线,让你直接发现卡顿。若要判断运动清晰度而非单纯的数字,我们的运动模糊测试会展示你的面板呈现运动画面时的锐利程度,这既取决于帧率,也取决于像素响应时间。
常见问题
游戏多少 FPS 才算好?
60 FPS 是流畅、灵敏游戏体验公认的基准。发烧友会在相配的高刷新率显示器上追求 120 或 144 FPS,而竞技玩家的目标则是 240 FPS 或更高。对于轻松的、偏电影感的单机游戏,30 FPS 仍然可以接受。
人眼能看出超过 60 FPS 吗?
能。大多数人都能清楚地分辨 60 与 120 FPS 的区别,尤其是在快速运动中。随着帧率升高,这种差异不断缩小,超过大约 240 FPS 后就变得很难察觉,不过训练有素的玩家仍表示能从更低的延迟中获得可测量的好处。
FPS 和 Hz 有什么区别?
FPS 指你的系统每秒渲染多少帧。Hz 指你的显示器每秒刷新多少次。实际的流畅度受限于两者中较低的那个值,所以把高性能 GPU 与相配的高刷新率显示器搭配起来,才能获得最佳效果。
为什么我的游戏 FPS 很高却还是卡顿?
高平均值掩盖了帧输出的不均匀。偶尔出现的长帧(表现为糟糕的 1% Low)即便在平均值看起来很强时,也会造成明显的顿挫。画面撕裂、未开启 VSync,或帧率与刷新率不匹配,同样都可能产生卡顿。