Всем привет.
На написание этой небольшой статьи меня натолкнул спор касательно выбора телевизора.
Сейчас в этой области — равно как в «мегапикселях для камер» — царит маркетинговая вакханалия в погоне за разрешениями: HD Ready давно сменились на Full HD, а уже становятся всё более популярными 4К и даже 8К.
Давайте разберёмся — а что нам реально-то нужно?
А поможет нам в этом курс школьной геометрии и некоторые базовые знания из Википедии.
Итак, согласно этой самой Википедии, невооружённый глаз среднестатистического человека — это уникальный прибор, способный одновременно обозревать пространство под углом 130°-160°, а также различать элементы под углом 1—2′ (около 0,02°—0,03°). При этом быстрая фокусировка происходит на расстоянии от 10 см (молодые люди) — 50 см (большинство людей от 50 лет и старше) до бесконечности.
Выглядит круто. На самом деле не всё так просто.
Ниже — поле зрения правого глаза человека (периметрическая карточка, цифры на шкале — угловые градусы).
Оранжевое пятно — место проекции слепого пятна глазного дна. Поле зрения глаза не имеет форму правильной окружности, вследствие ограничения взора носом с медиальной стороны и веками сверху и снизу.
Если наложить картинку правого и левого глаза, то получим примерно вот что:
К сожалению, человеческий глаз не обеспечивает одинаковое качество зрения по всей плоскости в широком угле. Да, двумя глазами мы можем распознавать объекты в охвате 180° перед собой, но распознавать их трёхмерными можем только в пределах 110° (до зелёной зоны), а полноцветными — в ещё меньшем диапазоне порядка 60°-70° (до голубой зоны). Да, у некоторых птиц поле зрения достигает почти 360°, но мы имеем, что имеем.
Таким образом получаем, что человек получает наиболее качественное изображение при угле зрения порядка 60°-70°. Если необходим больший охват — мы вынуждены «бегать» глазами по изображению.
Теперь — о телевизорах. По умолчанию рассмотрим телевизоры с наиболее популярным соотношением ширины к высоте как 16:9, а также плоским экраном.
То есть у нас получается, что W:L = 16:9, а D — есть диагональ экрана.
Отсюда, вспоминая Теорему Пифагора:
Итак, принимая, что разрешение:
- HD Ready есть 1280х720 пикселей
- Full HD есть 1920х1080 пикселей
- Ultra HD 4K есть 3840х2160 пикселей,
получаем, что сторона пикселя представляет собой:
- HD Ready: D/1468,60
- Full HD: D/2202,91
- Ultra HD 4K: D/4405,81
Расчёт этих величин можно найти здесь
Теперь посчитаем оптимальное расстояние до экрана, чтобы глаз охватывал всё изображение.
Из рисунка понятно, что
Поскольку из высоты и ширины картинки у нас большим параметром является ширина — и глазу необходимо охватить весь экран по ширине целиком — рассчитаем оптимальное расстояние до экрана, принимая во внимание, что, как показано выше, угол зрения не должен превышать 70 градусов:
То есть: чтобы глаз охватывал весь экран по ширине, мы должны находиться на расстоянии не ближе чем примерно полдиагонали экрана. При этом это расстояние должно быть не менее 50 см, чтобы обеспечить комфортную фокусировку для людей любого возраста. Запомним это.
Теперь рассчитаем расстояние, на котором человек будет различать пиксели на экране. Это — тот же треугольник с тангенсом угла, только R в данном случае — размер пикселя:
То есть: при расстоянии больше, чем 2873,6 размера пикселя, глаз не увидит зернистости. Значит, принимая во внимание расчёт стороны пикселя выше, необходимо находиться на следующем минимальном расстоянии от экрана, чтобы картинка была нормальной:
- HD Ready: D/1468,60 х 2873,6 = 1,96D, то есть две диагонали экрана
- Full HD: D/2202,91 х 2873,6 = 1,3D, то есть примерно чуть меньше полутора диагоналей экрана
- Ultra HD 4K: D/4405,81 х 2873,6 = 0,65D, то есть чуть больше половины диагонали экрана
А теперь то, к чему всё велось —
Выводы
- Не стоит сидеть ближе, чем 50 см до экрана — глаз не сможет нормально фокусироваться на изображении.
- Не стоит сидеть ближе, чем 0,63 диагонали экрана — глаз будет уставать, потому что ему придётся бегать по картинке.
- Если Вы планируете смотреть телевизор на расстоянии, большем двух диагоналей экрана — не стоит покупать что-то круче HD Ready — не заметите разницу.
- Если Вы планируете смотреть телевизор на расстоянии, большем полутора диагоналей экрана — не стоит покупать что-то круче Full HD — не заметите разницу.
- Использование 4К целесообразно, только если смотреть на экран на расстоянии меньше полутора диагоналей, но больше половины диагонали. Наверное это какие-то компьютерные геймерские мониторы или гигантские панели, ну или кресло, вплотную стоящее у телевизора.
- Использование большего разрешения не имеет смысла — вы либо не увидите разницу с 4К, либо будете слишком близко от экрана и угол зрения не охватит всю плоскость (см. п.2 выше). Проблему можно частично решить изогнутым экраном — но расчёт (более сложный) показывает, что этот выигрыш крайне сомнителен.
А теперь рекомендую измерить свою комнату, расположение любимого дивана, диагональ телевизора и подумать: а есть ли смысл платить больше?
P.S. Я сознательно не обсуждал и не упоминал характеристики, которые мне трудно рассчитать и сравнить.
А их масса: частота обработки, контрастность, время смены состояния пикселя и прочее — тут я даже в терминологии могу запутаться. Они очень важны при выборе, но это — отдельная тема.
Я здесь обсуждаю исключительно разрешение и простым расчётом показываю, что оно особо большое-то и не нужно…
Очень возможно, что с другими характеристиками — такие же маркетинговые ловушки, связанные с недостатком знаний, «игрой в слова», когда придумываются новые термины и технологии, на поверку оказывающиеся ерундой и т.д.
P.P.S. Большое спасибо уважаемому nidalee за его комментарий: оказывается, Netflix в своих расчетах качества изображения VMAF получил аналогичные данные:
The original model released when we open-sourced VMAF was based on the assumption that the viewers sit in front of a 1080p display in a living room-like environment with the viewing distance of 3x the screen height (3H). This is a setup that is generally useful for many scenarios.
Most recently, we added a new 4K VMAF model which predicts the subjective quality of video displayed on a 4K TV and viewed from a distance of 1.5H. A viewing distance of 1.5H is the maximum distance for the average viewer to appreciate the sharpness of 4K content. The 4K model is similar to the default model in the sense that both models capture quality at the critical angular frequency of 1/60 degree/pixel. However, the 4K model assumes a wider viewing angle, which affects the foveal vs peripheral vision that the subject uses.
L=0,49D => отсюда, 3L=1,47D (для Full HD); 1,5L=0,74D (для 4K). Что в принципе совпадает с моими выводами.
