为什么帧率达到60fps页面就流畅?

我们平时在做性能优化的时候,经常会提到一个指标就是页面帧率达到60fps,但是这个判断值60是怎么来的呢?为什么不是50或者70fps?

带着这个问题查阅了一些网络资料,并整理成下文:

人眼的感知极限不是60fps

有人说可能是人眼的感知极限就是60fps,60hz对人眼识别来说已经具备较高的平滑度,但是通过查阅百科得知85hz是人类大脑处理视频的极限,人眼无法分辨更高频率的差异。

画面帧率越高,体验越好

人眼在看画面时,画面帧率高于每秒10-12帧的时候,就会认为是连贯的。
一般电影的拍摄及播放帧数是每秒24帧。

目前显示性能优化的极限是60fps

有人会说:既然你说画面帧率越高,用户体验越好,那为什么页面性能优化做到60fps就可以了? 这是由于我们使用的设备引起的。

从机器的构造来说,生成图像的设备(如显卡)和显示图像的设备(显示器)是分离的。

显示器的刷新频率是固定的

目前, 大多数显示器根据其设定按 30Hz、 60Hz、 120Hz 或者 144Hz 的频率进行刷新。 而其中最常见的刷新频率是 60 Hz。 这样做是为了继承以前电视机刷新频率为 60Hz 的设定。

显卡生成图像的频率是变化的

显卡内图片的真正提供者是GPU,而这导致了另一个问题,由于 GPU 生成图像的频率与显示器刷新的频率是不相关的,那么在显示器刷新时,GPU 没有准备好需要显示的图像怎么办;或者 GPU 的渲染速度过快,显示器来不及刷新,GPU 就已经开始渲染下一帧图像又该如何处理?
如果解决不了这两个问题,就会出现上图中的屏幕撕裂(Screen Tearing)现象,屏幕中一部分显示的是上一帧的内容,另一部分显示的是下一帧的内容。

我们用两个例子来说明可能出现屏幕撕裂的两种情况:

如果显示器的刷新频率为 75 Hz,GPU 的渲染速度为 100 Hz,那么在两次屏幕刷新的间隔中,GPU 会渲染 4/3 个帧,后面的 1/3 帧会覆盖已经渲染好的帧栈,最终会导致屏幕在 1/3 或者 2/3 的位置出现屏幕撕裂效果;
那么 GPU 的渲染速度小于显示器呢,比如说 50 Hz,那么在两次屏幕刷新的间隔中,GPU 只会渲染 2/3 帧,剩下的 1/3 会来自上一帧,与上面的结果完全相同,在同样的位置出现撕裂效果。
到这里,有人会说,如果显示器的刷新频率与 GPU 的渲染速度完全相同,应该就会解决屏幕撕裂的问题了吧?其实并不是。显示器从 GPU 拷贝帧的过程依然需要消耗一定的时间,如果屏幕在拷贝图像时刷新,仍然会导致屏幕撕裂问题。

如何解决屏幕撕裂问题?
解决屏幕撕裂中最知名可能也是最古老的解决方案就是 V-Sync 技术。
V-Sync 的原理简单而直观:产生屏幕撕裂的原因是显卡在屏幕刷新时进行了渲染,而 V-Sync 通过同步渲染/刷新时间的方式来解决这个问题。显示器的刷新频率为 60 Hz,若此时开启 V-Sync,将控制显卡渲染速度在 60 Hz 以内以匹配显示器刷新频率。这也意味着,在 V-Sync 的限制下,显卡显示性能的极限就限制为 60 Hz 以内。

因此在屏幕的刷新频率基本固定的情况下,我们只能控制GPU的渲染速度往60fps上靠拢。

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