FPS của thực tại mà chúng ta đang sống là bao nhiêu?

Tôi có một thí nghiệm đơn giản mà thú vị dành cho bạn: Hãy lấy một cây bút, đặt nó ngang tầm sải tay trước mắt bạn và bắt đầu lắc. Bạn có thấy nó bị nhòe đi không? Nếu không tìm được một cây bút, bạn có thể thử nó với chính bàn tay của mình, xòe các ngón tay ra và bắt đầu lắc.

Nhớ giữ lại cây bút hoặc bàn tay của mình nhé, vì chúng ta sẽ làm một thí nghiệm nữa với nó ở phần sau bài viết này.

Thế còn bây giờ, cây bút sẽ bị nhòe nếu bạn lắc nó, tất nhiên rồi, cả bàn tay cũng vậy. Điều này chứng tỏ mắt chúng ta không thể xử lý được các hình ảnh có chuyển động nhanh. FPS (frames per second) trong thực tại mà chúng ta cảm nhận được đang bị giới hạn.

Nhưng tại sao lại vậy?

Độ trễ của não người khi xử lý hình ảnh

Để giải thích được điều này, chúng ta phải tìm hiểu cơ chế xử lý thị giác của não bộ. Hãy nhớ lại kiến thức sinh học lớp 8 một chút nào. Trong mắt của bạn có các tế bào thụ cảm hình nón và hình que giống như những chấm cảm biến của một chiếc máy ảnh.

Chúng nằm sau mắt của bạn, nơi tiếp nhận ánh sáng phát ra hoặc phản xạ từ mọi vật thể bên ngoài thế giới mà chúng ta đang sống. Các tế bào này sau đó chuyển tín hiệu sóng và tần số ánh sáng thành tín hiệu điện. Mỗi tế bào thụ cảm ánh sáng đều được nối với một đầu mút thần kinh đưa tín hiệu về vỏ não thị giác để phân tích và xử lý.

Bộ não sau đó sẽ kết hợp các tín hiệu này lại và tái tạo lại thế giới bên ngoài vào thế giới nội tâm của bạn. Và quá trình tái tạo đó vừa là khách quan lại vừa là cá nhân hóa.

Chẳng hạn, bạn và một anh bạn nữa ngồi cạnh, cả hai đều nhìn thấy một chiếc ô tô đang đỗ trước mặt, cả hai đều biết rằng đó là một chiếc ô tô nhưng bạn thì nói nó đẹp còn anh bạn của bạn thì không.

Nhưng điều quan trọng ở đây là, nếu chiếc ô tô đứng yên thì bạn sẽ nhìn rõ nó, còn nếu nó di chuyển thì chưa chắc. Đó là bởi não bộ xử lý các tín hiệu hình ảnh mà nó nhận được từ mắt với một độ trễ nhất định.

Năm 2014, một nhóm các nhà khoa học ở Viện Công nghệ Massachusetts (MIT), Hoa Kỳ đã làm thử một thí nghiệm để đo đạc xem độ trễ này chính xác là bao nhiêu?

Họ yêu cầu các tình nguyện viên ngồi trước một màn hình và phát cho họ một chuỗi 6-12 hình ảnh xuất hiện rồi biến mất ở các tốc độ khác nhau. Kết quả cho thấy tình nguyện viên có thể nhận ra hình ảnh trong khoảng thời gian 13 mili giây, hay 0,013 s. Tính ra, nó tương đương với 1/0,013 = 75 khung hình mỗi giây.

Độ trễ của não bộ trong việc xử lý hình ảnh giới hạn thực tại mà chúng ta đang cảm nhận được ở mức FPS =75. Con số này cao hơn hầu hết các loài động vật nhỏ từ cá vàng cho tới chó hoặc mèo. Thế nhưng, nó thấp hơn đáng kể so với các loài chim săn mồi như đại bàng, có thể nhìn tới 140 khung hình trên giây.

Hệ thống chống rung quang học tuyệt vời của mắt

Bây giờ, hãy trở lại với thí nghiệm ban đầu của bài viết. Bạn vẫn còn cái bút hoặc bàn tay của mình chứ? Rồi, hãy giơ chúng lên trước mặt, khóa nét vào đó và bắt đầu lắc đầu, lên xuống và qua trái qua phải. Bạn có thấy cái bút hoặc bàn tay bị nhòe đi không?

Có một chút, nhưng không nhiều! Bạn vẫn có thể nhìn thấy rõ những vật mà bạn muốn khóa nét lại. Đó là bởi phía bên trong đầu bạn có một hệ thống chống rung siêu việt được gọi là vestibulo-ocular reflex ( VOR) hay phản xạ tiền đình- mắt.

Tác dụng của VOR là ổn định hình ảnh hiện trên võng mạc của bạn, nó giống với hệ thống chống rung quang học của máy ảnh.

Chúng ta biết phía bên trong ốc tai của mỗi người đều có một hệ thống được gọi là tiền đình. Nó chỉ nhỏ cỡ 3x5mm nhưng đóng vai trò vô cùng quan trọng đối với con người.

Tiền đình chính là nơi cảm nhận mọi chuyển động đang xảy ra với cơ thể bạn, giúp bạn giữ thăng bằng khi đi lại, cúi xuống hoặc xoay người. Những người bị rối loạn tiền đình vì thế hay bị chóng mặt, đi đứng không vững và dễ bị ngã.

Hệ thống này có một bó dây thần kinh nối với mắt, giúp bạn khóa nét vật thể trong tầm nhìn của mình. Một khi bạn lắc đầu qua trái, tiền đình sẽ cảm nhận chuyển động này của đầu và gửi tín hiệu đến mắt để tạo ra phản xạ VOR. Mắt sau đó sẽ chuyển động ngược hướng, qua phải để ổn định hình ảnh trên võng mạc, cho phép bạn vẫn nhìn rõ vật thể.

Phản xạ tiền đình-mắt đóng vai trò cực kỳ quan trọng. Nếu bị rối loạn nó, bạn sẽ không thể bước xuống cầu thang, bởi mỗi bước chân của bạn đều làm rung hình ảnh nhìn thấy. Bạn cũng không thể nhìn rõ các biển báo trong khi lái xe, bởi chúng ta đều biết xe máy và cả ô tô đều có độ rung trong khi di chuyển.

Độ phân giải của mắt người

Năm 2005, tiến sĩ Roger Clark, một nhà khoa học kiêm nhiếp ảnh gia đã tính toán ra được độ phân giải của mắt người vào khoảng 576 megapixel. Bạn có thể đọc chi tiết tính toán của ông ấy tại đây . Nhưng cần lưu ý rằng đây chỉ là độ phân giải tại điểm nhìn trung tâm của bạn, trong một vùng được gọi là fovea.

Ra bên ngoài khoảng nét của hình ảnh, mắt bạn sẽ làm mờ trường nhìn đi để giảm năng lượng tiêu thụ và khiến não bộ không bị quá tải. Các hình ảnh bên ngoài khoảng nét mà bạn cảm nhận chỉ có độ phân giải từ 5-15 megapixel.

Trên đây là tất cả những trùng hợp thú vị giữa mắt bạn với máy ảnh và các màn hình điện tử. Hãy nhớ chăm sóc chúng thật tốt nhé. Và đừng quên, trái ngược với máy ảnh, mắt của bạn cần được giữ ẩm. Hãy chớp mắt ít nhất 15-20 lần mỗi phút mỗi khi nhìn vào màn hình máy tính hoặc điện thoại.

Tổng hợp