За LCD и OLED гонятся уже 20 лет, но они до сих пор не могут полностью превзойти старый ЭЛТ-монитор.

Аннотация:

В 2007 году сериал «Остаться в живых» открыл финал третьего сезона, который также оставил один из самых классических поворотов в истории американских драм. Раньше зрители всегда думали, что воспоминания в спектакле рассказывают о том, что произошло до того, как герои оказались на необитаемом острове. Неожиданно в конце концов они обнаружили, что эти фрагменты на самом деле были историями, произошедшими в будущем. После трех сезонов выживания на необитаемом острове главные герои Джек и Кейт благополучно вернулись в Лос-Анджелес. Побег с необитаемого острова всегда был основной целью сериала. Зрители изначально думали, что если они успешно уйдут, все будет кончено. Пока Джек не сломался и не закричал: «Надо возвращаться!» Теперь я испытываю схожие чувства по поводу многих технологических продуктов.

Незадолго до выхода в эфир этого эпизода сериала «Остаться в живых» я потратил 1000 долларов на свой первый монитор высокого разрешения. Это 26-дюймовый ЖК-экран Samsung с разрешением 1366×768. В то время я учился в колледже, и этот монитор служил одновременно телевизором в моей комнате в общежитии и монитором компьютера. В то время это определенно считалось продуктом высокого класса. По сравнению со старым ЭЛТ-монитором, который до сих пор используется дома, он тоньше, четче и выглядит более продвинутым.

Но так ли это на самом деле?

Прошло почти 20 лет, а эксперты, хорошо разбирающиеся в технологиях отображения, все еще пытаются найти способы вернуть то, от чего мы тогда отказались.

«Люди старше 40 лет обычно еще помнят, насколько четким был ЭЛТ-монитор при движении изображения, но молодые люди никогда не пользовались ЭЛТ, поэтому, естественно, у них нет этой памяти». Об этом заявил Марк Рейхон, основатель сайта Blur Busters.

В течение многих лет инструмент тестирования браузера «Test UFO» на веб-сайте Blur Busters считался одним из стандартных инструментов для проверки динамической резкости современных мониторов. На тестовом экране в красной летающей тарелке сидит зеленый человечек, который помогает пользователям наблюдать за четкостью экрана при его движении.

По сравнению со старыми ЭЛТ-мониторами ЖК-мониторы середины 2000-х годов в этом отношении просто уступают. В то время пикселям ЖК-дисплея требовалось много времени для переключения цвета, что приводило к заметному остаточному изображению, отстающему от быстродвижущихся объектов.

Телевизор, на который я потратил целую месячную зарплату, уже в то время считался хорошим продуктом. Но эра высокой четкости только что наступила, и свежесть, принесенная новыми технологиями, заставила меня упустить из виду проблему: хотя я получил более высокое разрешение, я также потерял более яркие цвета и более плавное динамическое изображение ЭЛТ-монитора.

И эта утрата длилась почти 20 лет.

Сегодняшние мониторы с высокой частотой обновления уже давно избавились от размытого белесого изображения, которое было на ЖК-экранах 2000-х годов. Но даже топовые продукты все еще не могут полностью догнать ЭЛТ по динамической четкости. Это именно та проблема, которую Лэй Хун пытался решить.

Откройте для себя заново ощущение ЭЛТ

В конце 2024 года Лэй Хун в сотрудничестве с бывшим разработчиком Nvidia Тимоти Лоттесом запустил революционный алгоритм, который, как утверждалось, способен имитировать эффекты ЭЛТ-кинескопов. Он может использовать преимущества дисплеев с высокой частотой обновления выше 240 Гц, чтобы значительно уменьшить размытость изображения в ретро-играх и другом 60-кадровом контенте.

Проще говоря, эта технология пытается имитировать ключевую особенность ЭЛТ-дисплеев: процесс, посредством которого люминофоры постепенно гасят свет после испускания света.

ЭЛТ-мониторы работают иначе, чем современные ЖК-экраны. Электронный луч сканирует экран построчно, заставляя люминофоры светиться, создавая изображение. После того, как люминофор испустит свет, он не погаснет мгновенно, а постепенно тускнеет. Этот эффект может сделать изображение более четким, не вызывая слишком сильного мерцания.

Раньше, чтобы уменьшить размытость при движении, распространенным методом было использование технологии вставки черных кадров (BFI), которая заключалась в вставке черных кадров между обычными кадрами. Хотя это может уменьшить остаточное изображение, изображение будет сильно мерцать, и люди могут чувствовать себя некомфортно при его длительном просмотре.

Лэй Хун объяснил, что есть два основных способа уменьшить размытие изображения на дисплее: один — заставить экран быстро мигать, как на ЭЛТ, а другой — увеличить частоту обновления. Оба метода сокращают время, в течение которого каждый кадр находится перед вашими глазами, точно так же, как камера, использующая более короткий затвор, тем самым уменьшая размытость изображения.

Преимущество ЭЛТ заключается в том, что пиксели могут кратковременно светиться менее чем за тысячную долю секунды, поэтому для получения очень четких динамических изображений не требуется особенно высокая частота кадров.

Помимо программного моделирования, NVIDIA пытается решить эту проблему и на аппаратном уровне.

Технология G-Sync Pulsar от NVIDIA применяется на некоторых игровых мониторах. Он сочетает в себе переменную частоту обновления (

VR

Однако эта технология еще не применена к OLED-дисплеям и может использоваться только с видеокартами NVIDIA.

Инструмент тестирования браузера Blur Busters имитирует процесс сканирования электронного луча ЭЛТ сверху экрана

Если вам все еще сложно понять, вы можете понять технологию моделирования ЭЛТ как DLSS специально для динамических изображений.

DLSS в основном использует технические средства для улучшения разрешения изображения и производительности игр, а технология моделирования ЭЛТ делает изображение в движении более четким.

В идеале, для игры, которая заблокирована для работы с частотой 60 кадров, после обработки этой технологии динамическая четкость может быть близка к эффекту при работе с частотой 540 кадров и не требует использования топовой видеокарты, такой как RTX5090, для жесткого суммирования количества кадров.

Монитор 540 Гц может оказаться непростым в использовании

Для тестирования этой технологии я использовал монитор ROG PG27AQWP-W, присланный компанией ASUS.

Частота обновления этого монитора достигает 540 Гц. Если разрешение уменьшить до 720p, то можно включить и режим 720Гц. Чем выше частота обновления, тем легче работает технология моделирования ЭЛТ, что еще больше снижает размытость изображения.

У OLED-экранов также есть свои преимущества. В отличие от ЖК-дисплеев, требующих подсветки, пиксели OLED можно отключить напрямую, чтобы отобразить настоящий черный цвет, а яркость достаточно высока, поэтому она может быть ближе к исходным показателям контрастности ЭЛТ. В сочетании с высокой частотой обновления легче имитировать эффект ЭЛТ-экрана с прогрессивной разверткой электронного луча.

Эта технология предназначена не только для удовлетворения ностальгирующих геймеров.

Лэй Хун отметил, что традиционная технология вставки черного кадра с частотой 60 Гц и стробоскопическая подсветка приводят к относительно заметному мерцанию, поскольку системе необходимо вставлять черный кадр между каждым кадром обычных кадров.

Технология моделирования ЭЛТ использует метод прогрессивного сканирования сверху вниз, и эффект будет намного мягче. Поскольку какая-то область экрана всегда светится, весь экран не будет постоянно становиться черным, как при традиционной вставке черной рамки.

Однако, несмотря на то, что у меня был монитор, который идеально подходил для тестирования, я все равно был ошеломлен этой новой технологией, когда пришло время по-настоящему с ней поиграть.

Я потратил несколько часов, пытаясь прояснить картину

Технология Blur Busters впервые была использована в шейдерах внешнего программного обеспечения симулятора RetroArch. Позже он был добавлен в экспериментальную версию отдельного инструмента под названием ShaderGlass.

ShaderGlass — это очень практичный инструмент создания спецэффектов для изображений Windows, который может накладывать сотни визуальных эффектов на различное содержимое на рабочем столе, например линии сканирования, помехи аналогового сигнала и т. д., делая изображение похожим на старомодный телевизор.

Но сложность моделирования электронного луча на ЭЛТ намного превышает сложность обычных шейдеров, поэтому разработчик Mausimus наконец решил выделить его отдельно и разработать новый инструмент: ShaderBeam.

Маусимус объяснил, что для того, чтобы эта технология работала лучше всего, необходимо сделать одновременно две вещи: во-первых, ее необходимо точно синхронизировать с монитором, поскольку даже пропуск одного кадра при такой высокой частоте обновления может вызвать явное мерцание; во-вторых, он должен быть синхронизирован с игровым экраном, чтобы гарантировать, что каждый кадр, выводимый игрой, может правильно соответствовать смоделированному процессу сканирования ЭЛТ.

В настоящее время ShaderBeam — лучший способ использовать алгоритм Лейхонга.

Работа ShaderBeam не кажется сложной. После запуска программы нажмите горячую клавишу для наложения спецэффектов на окно игры. Но это выглядит просто, но это не значит, что это легко реализовать. В конце концов, операционная система такого типа, драйвер видеокарты и монитор изначально не имели технологии, специально оптимизированной для этого. Это не такая большая компания, как Microsoft, AMD или Nvidia, которая может легко сделать это, если захочет.

Маусимус сказал, что ShaderBeam может использовать только существующие функции захвата экрана, прозрачности окон и другие функции, чтобы максимально завершить работу. Эти функции изначально не были предназначены для этой цели, и точное время выполнения не может быть гарантировано. Программа также должна быть ограничена внутренним механизмом планирования операционной системы и драйвером видеокарты. Он должен стремиться к максимальному использованию достаточных рабочих ресурсов, чтобы обеспечить своевременный вывод каждого кадра.

Чтобы ShaderBeam работал стабильно, пользователям даже необходимо отключить многие функции, которые обычно полезны.

Например, отключите переменную частоту обновления, отрегулируйте настройки драйвера видеокарты, отсоедините кабель второго монитора, используйте Process Lasso для повышения приоритета работы программы и даже измените реестр Windows.

Что еще интереснее, вы также можете попробовать позволить двум графическим процессорам работать вместе: один отвечает за запуск игры, а другой — за симуляцию ЭЛТ-экрана. Если сам процессор имеет основной дисплей, вы можете попробовать позволить основному дисплею взять на себя работу последнего.

Маусимус заявил, что передача задачи моделирования другому графическому процессору может снизить конкуренцию между ним и основной видеокартой за ресурсы, позволяя программе получить более стабильное время работы. Улучшение, вызванное этим, совершенно очевидно.

Проблема не в том, что производительности одной видеокарты недостаточно, а в том, что время, когда операционная система распределяет ресурсы графического процессора, нестабильно.

Если ShaderBeam не получит достаточно ресурсов графического процессора вовремя для вывода изображения, может возникнуть мерцание. Я столкнулся с этой проблемой: при попытке заставить основной дисплей процессора Intel выводить изображения с разрешением 1440p и частотой обновления 540 Гц, проблема мерцания была совершенно очевидной.

После этого я перешел на разные симуляторы и стрелялки для тестирования, в том числе «Quake» и «Amid Evil», но меня всегда беспокоили зависания.

Это также побудило меня углубиться в проблему синхронизации субкадров на дисплеях. По мере углубления исследований различные детали технологии отображения становятся все более и более сложными и даже запутанными.

Честно говоря, это звучит немного безумно — прикладывать столько усилий для улучшения графики в такой игре, как Metroid Prime 2: Echoes.

Эта игра — одна из игр, которые я использовал для тестирования. Я надеюсь использовать эмулятор GameCube Dolphin, чтобы заново открыть для себя те ощущения, которые я испытал, когда впервые играл в эту игру на ЭЛТ-мониторе в спальне моего школьного друга.

Я потратил часы на устранение таких неполадок, как заикание, мерцание и нарушение цвета. Я чувствовал себя сумасшедшим учёным, и всё дело в безумии.

Даже если у вас есть все настройки, это не значит, что все будет хорошо. Сама игра также может влиять на эффект.

Например, в некоторых играх на Unreal Engine 5 часто возникают зависания, что нарушает интервал кадров экрана и влияет на нормальную работу технологии ЭЛТ-симуляции.

Когда картина действительно ясна, все усилия того стоят

Однако я наконец осознал истинную ценность этой технологии, когда начал заставлять Самуса проноситься по труднодоступным местам на его морф-шаре.

Даже если камера быстро вращается, столбы в комнате по-прежнему остаются четкими и резкими и не размыты из-за движения экрана.

В этот момент я наконец понял, к чему стремились Рехон и Маусимус.

Маусимус объяснил, что после использования этой технологии, когда объекты перемещаются или игроки поворачивают свою перспективу, детали пикселей, которые легко поглощаются размытием в движении, по-прежнему должны быть четко представлены.

Он привел пример столбов в Quake. На поверхности столбов имеется множество мелких текстур. Когда объектив движется по обычному монитору, эти детали часто смешиваются из-за размытия изображения. Однако после обработки моделирования ЭЛТ текстуры все равно должны быть четко видны, даже если экран движется.

Factorio также является хорошим подопытным. В обычных обстоятельствах, когда игрок перемещает перспективу, вся сцена выглядит очень гладкой, но пиксельные детали на изображении легко размываются. Если эта технология включена, игроки смогут видеть детали, даже если вся сцена движется.

В этом и состоит суть технологии ЭЛТ-моделирования: она не просто добавляет к изображению линии развертки или накладывает слой ретро-фильтров, а пытается решить давнюю проблему динамического размытия современных мониторов.

Мы потратили почти 20 лет на поиск более высокого разрешения, более тонких экранов и более высокой частоты обновления, но теперь мы обнаружили, что некоторые из преимуществ, которыми когда-то обладали старомодные ЭЛТ-мониторы, все еще стоят того, чтобы их использовать сегодня.