Александр Навагин
Пастор секты свидетелей Xiaomi, любитель металла, футбола, рыбалки, истории. Почти инженер и историк по образованию, шут по призванию, чудак по жизни

Нужны ли нашим глазам 8К экраны

Нужны ли нашим глазам 8К экраны
© InAVate

Рынок потихоньку наполняют телевизоры с разрешением 8К. Пока что они – весьма дорогое удовольствие, но с каждым месяцем моделей становится больше, а цены ниже. Среди смартфонов и планшетов 4К уже давно не в новинку (Sony Z5 Premium вышел в 2015), но 8К пока нет. Почему так? Способен ли человеческий глаз улавливать разницу между 4К и 8К? Попробуем разобраться, может, 8К экраны вообще не нужны людям?

Какое разрешение у глаза человека

Абсолютное разрешение экранов измеряется в пикселях или мегапикселях, например, 3840х2160 пикселей или 8 Мп. Относительное (плотность) – в точках на дюйм, например, 400 PPI. Но экран – это дискретная система, а человеческий глаз – аналоговая, поэтому измерять зрение в пикселях нельзя.

Разрешение зрения измеряется в угловых градусах и минутах. В норме оно составляет 1-2' (угловых минуты или 1/60 градуса). Человек, который обладает здоровым (100%) зрением, должен видеть буквы в 10 ряду таблицы Сивцева (знаменитые «ШБМНК…») с 5 метров. Чтобы видеть их, нужно иметь разрешение глаза порядка 1'.

Если представить мир как сферу, ограниченную горизонтом (а именно так мы его видим), то такое разрешение означает, что два объекта на горизонте, расстояние между которыми составляет меньше 1-2 угловых минут, сольются в один, больше – будут видны как отдельные.

Объекты на горизонте, размером менее 1', глаз разделить не может © Horizon Strategies
Объекты на горизонте, размером менее 1', глаз разделить не может © Horizon Strategies

Угловые минуты – величина не абсолютная, а относительная. Если человек находится в чистом поле – горизонт расположен далеко, и в одну угловую минуту помещается большой кусок пространства. Из-за этого даже два дерева вдали могут сливаться в одну точку.

Если поместить глаз человека в центр шара, окружностью 20 метров, то в одной угловой минуте (1/21600 доля окружности) помещается всего отрезок менее 1 мм. Поэтому, если нанести на поверхность такой сферы две параллельные линии, расстояние между которыми составляет меньше угловой минуты (1 мм в данном случае), глаз воспримет их как одну линию.

1 угловая минута соответствует объекту, размером с мяч, расположенном на расстоянии 750 метров...
1 угловая минута соответствует объекту, размером с мяч, расположенном на расстоянии 750 метров...
... или блохе – на расстоянии 7,5 метров
... или блохе – на расстоянии 7,5 метров

Таким образом, чем ближе к глазу находятся соседние объекты – тем лучше человек видит промежуток между ними, и наоборот, чем они дальше, тем больше должен быть этот промежуток, чтобы предметы не сливались в один. То есть, чем выше у экрана PPI (плотность точек) – тем меньше нужно расстояние для того, чтобы увидеть разницу. От этого и будем отталкиваться при расчетах.

Нужно ли 8К в смартфонах?

Презентуя когда-то iPhone 4 с экраном Retina, Стив Джобс заявил:

300 PPI – это предел, выше которого человеческая сетчатка уже не может различать отдельные пиксели при просмотре с 10-12 дюймов (31-36 см).

Давайте проверим, насколько соответствуют истине эти слова.

Зрение человека – структура сферическая, а экраны – плоские или почти плоские. Однако для упрощения расчетов можно пренебречь этим фактором и считать, что дисплей повторяет поверхность сферы, на которую изнутри смотрит человек.

Используя смартфон, человек смотрит на него с расстояния около 40 см. Вспомнив про «два-пи-эр» из школьного учебника по геометрии, получаем 40*2*π=251. То есть, при таком расстоянии экран соответствует поверхности сферы с окружностью 251 см, если глаза находятся в ее центре.

Окружность содержит 21600 угловых минут, значит, в одной минуте 251-сантиметровой окружности поместится около 0,0116 см, 0,116 мм или около 116 мкм. Тесно расположенные предметы, размером меньше этого значения, будут сливаться в один.

При плотности картинки 300 PPI размеры пикселя (2,54(см)/300) составят около 0,00847 см или 84,7 мкм. Это меньше, чем 116, а значит, маркетологи Apple не соврали: Retina экран у Айфона действительно имеет пиксели меньше, чем их может различить здоровый среднестатистический человеческий глаз с расстояния 40 см.

Стив Джобс не соврал про 300 PPI, а ведь разрешение iPhone 4 было всего лишь 1К © CBS News
Стив Джобс не соврал про 300 PPI, а ведь разрешение iPhone 4 было всего лишь 1К © CBS News

Раз 300 PPI в смартфоне – это больше, чем разрешение глаз человека, сильно превышать эту цифру нет смысла. Все равно, разница между 300, 400 и 600 PPI будет бросаться в глаза лишь людям, у которых острота зрения намного выше среднестатистической.8К-экран с разрешением 8640х4320 (2:1) и диагональю 6" будет иметь плотность пикселей около 1600 PPI, при их размере 15 мкм. Это примерно в 5-10 раз больше, чем нужно среднестатистическому глазу.

Какой вывод? В смартфонах разрешение 8К абсолютно не нужно при нормальном использовании. Чтобы человек хорошо видел разницу между 4К и 8К, он должен обладать зрением с остротой порядка 500%. Такие уникумы бывают, но очень редко. Поэтому и таблица Сивцева позволяет оценивать остроту зрения только до 200% (видны все буквы в самом нижнем ряду с 5 метров).

Смысл от 8К в смартфоне может быть только для использования его в VR-гарнитуре. В обычном использовании такой экран будет сильно нагружать железо, но толку от этого не будет.

8К нужно в VR-гарнитурах, так как в них экран располагается прямо перед глазами © Howtoshtab
8К нужно в VR-гарнитурах, так как в них экран располагается прямо перед глазами © Howtoshtab

Нужно ли 8К в кинотеатрах и телевизорах?

Покупая большой телевизор, человек обычно смотрит его с расстояния до 10 метров. Снова вспоминаем формулу окружности, перемножаем: 2*1000*π=6283 см. Именно в такую сферу вписывается телевизор, на который смотрят с 10 метров. Делим 6283 см на 21600 минут: 6283/21600=0,29 см в угловой минуте. 0,29 см – это 2,9 мм. Именно при таких размерах соседние пиксели начинают сливаться воедино для глаза.

Разрешение 4К телевизора составляет 3240х2160 пикселей. Если умножить 3240 на 2,9 мм – получаем 9396 мм, 2160 на 2,9 – 6264 мм. То есть, чтобы человек различал пиксели в 8К с 10 метров, телевизор должен иметь размеры больше 9,4 на 6,3 метра, диагональ больше 11,3 метров или 440 дюймов. Это уже не ТВ, а настоящий кинотеатр.

Сравнение размеров человека и экрана, на котором разница между 4К и 8К видна невооруженным глазом с 10 метров
Сравнение размеров человека и экрана, на котором разница между 4К и 8К видна невооруженным глазом с 10 метров

В современных кинотеатрах IMAX используются экраны с размерами в среднем около 22х12 метров. Это больше, чем полученные цифры, следовательно, с расстояния 10 метров и ближе человек будет отличать пиксели на 4К. Поэтому в кинотеатрах смысл от внедрения 8К однозначно есть. Ведь при таком разрешении линейные размеры пикселя уменьшатся вдвое, следовательно, и различимы они будут с расстояния не 10 метров, а 5.

А теперь «приблизимся» к экрану впятеро, на расстояние двух метров. Соответственно, линейные размеры различимого пикселя уменьшатся тоже впятеро, с 2,9 до 0,58 мм. Размеры 4К экрана в таком случае составят 1879х1252 мм или 1,9х1,3 метра, диагональ – 2,25 метра или 88 дюймов. Именно при такой (или большей) диагонали человек с нормальным зрением начинает ощущать разницу между 4К и 8К, смотря на экран с 2 метров.

Сравнение размеров человека и экрана, на котором разница между 4К и 8К видна невооруженным глазом с 2 метров
Сравнение размеров человека и экрана, на котором разница между 4К и 8К видна невооруженным глазом с 2 метров

Если идти дальше в сторону уменьшения, и взять телевизор с диагональю 43" (примерно вдвое меньше 88"), то минимально различимые линейные размеры пикселей тоже уменьшаются вдвое. Это значит, что с двух метров человек увидит разницу между 2К (FullHD) и 4К, а чтобы отличить 4К и 8К, понадобится приблизиться на метр.

А теперь признавайтесь: как часто вы смотрите телевизор с метрового расстояния? Кажется, я могу ответить за вас: почти никогда. То есть, используя 43-дюймовый телевизор, на практике вы не столкнетесь с ситуацией, в которой разрешения 4К будет недостаточно для глаз. Следовательно, относительно небольшие телевизоры, с диагональю около 50", «плюс-минус трамвайная остановка», не нуждаются в 8К.


Конечно, повышение разрешения – это и в плане маркетинга выгодно, и позволяет охватить более широкую аудиторию. Ведь люди с «орлиным зрением» будут рады повышению четкости картинки, даже если другие ее уже не ощущают. Но расчеты показывают, что внедрение экранов с разрешением 8К имеет выраженный смысл только в кинотеатрах и больших ТВ. На «обычных» телевизорах это не так нужно, а на смартфонах вообще не имеет смысла, ибо 8К на 5-6 дюймах намного превышает разрешение глаза.

Учитывая, что даже с 4К нехватка разрешения экрана в большинстве случаев не стоит, гораздо полезнее будет работать над другими аспектами качества картинки. Вместо наращивания «кукурузных» пикселей, инженерам стоит работать над улучшением однородности подсветки (привет, черно-серые углы на IPS), повышением яркости и контрастности, расширением динамического диапазона картинки. К счастью, именно этим они сейчас и занимаются, разрабатывая новые OLED дисплеи, внедряя технологии HDR, HDR+, и т.д.