LCD e OLED si rincorrono da 20 anni, ma non riescono ancora a superare completamente il vecchio monitor CRT.

Riassunto:

Nel 2007, "Lost" ha inaugurato il finale della terza stagione, che ha lasciato uno dei colpi di scena più classici nella storia dei drammi americani. In precedenza, il pubblico aveva sempre pensato che i flashback della commedia riguardassero ciò che accadeva prima che i personaggi rimanessero bloccati sull'isola deserta. Inaspettatamente, alla fine, scoprirono che questi frammenti erano in realtà storie accadute nel futuro. Dopo tre stagioni di sopravvivenza su un'isola deserta, i protagonisti Jack e Kate sono tornati sani e salvi a Los Angeles. La fuga dall'isola deserta è sempre stata l'obiettivo principale dello spettacolo. Inizialmente il pubblico pensava che se se ne fossero andati con successo, tutto sarebbe finito. Finché Jack non crolla e grida: "Dobbiamo tornare indietro!" Ora mi ritrovo ad avere sentimenti simili riguardo a molti prodotti tecnologici.

Non molto tempo prima che andasse in onda l'episodio di Lost, ho speso 1.000 dollari per il mio primo monitor ad alta definizione. Si tratta di uno schermo LCD Samsung da 26 pollici con una risoluzione di 1366×768. All'epoca ero al college e questo monitor fungeva sia da TV nel dormitorio che da monitor del computer. A quell'epoca era sicuramente considerato un prodotto di fascia alta. Rispetto al vecchio monitor CRT ancora in uso a casa, è più sottile, più chiaro e sembra più avanzato.

Ma è davvero così?

Sono passati quasi 20 anni e ci sono ancora alcuni esperti esperti di tecnologia dei display, che cercano di trovare modi per recuperare ciò che abbiamo abbandonato allora.

"Le persone con più di 40 anni di solito ricordano ancora quanto fosse nitido il monitor CRT quando l'immagine era in movimento, ma i giovani non hanno mai usato un CRT, quindi naturalmente non hanno questa memoria." Ha detto Mark Rejhon, fondatore del sito web Blur Busters.

Per anni, lo strumento di test del browser "Test UFO" sul sito web Blur Busters è stato considerato uno degli strumenti standard per testare la nitidezza dinamica dei monitor moderni. C'è un uomo verde seduto su un disco volante rosso nella schermata di test, che viene utilizzato per aiutare gli utenti a osservare la chiarezza dello schermo quando si muove.

Rispetto ai vecchi monitor CRT, i monitor LCD della metà degli anni 2000 sono semplicemente inferiori in questo senso. All'epoca i pixel LCD impiegavano molto tempo per cambiare colore, provocando una notevole immagine residua dietro gli oggetti in rapido movimento.

La TV per la quale spendevo lo stipendio di un mese intero era già considerata un buon prodotto all'epoca. Ma l'era dell'alta definizione è appena arrivata e la freschezza portata dalle nuove tecnologie mi ha fatto trascurare un problema: sebbene abbia guadagnato una risoluzione più elevata, ho anche perso i colori più vividi e le immagini dinamiche più uniformi del monitor CRT.

E questa perdita durò quasi 20 anni.

I monitor ad alta frequenza di aggiornamento di oggi hanno eliminato da tempo le immagini sfocate e biancastre degli schermi LCD degli anni 2000. Ma anche i prodotti di punta non riescono ancora a raggiungere completamente il CRT in termini di chiarezza dinamica. Questo è esattamente il problema che Lei Hong sta cercando di risolvere.

Riscopri la sensazione del CRT

Alla fine del 2024, Lei Hong ha collaborato con l'ex sviluppatore di Nvidia Timothy Lottes per lanciare un algoritmo rivoluzionario che si affermava fosse in grado di simulare gli effetti dei tubi catodici CRT. Può sfruttare i display con frequenza di aggiornamento elevata superiore a 240 Hz per ridurre drasticamente il motion blur nei giochi retrò e altri contenuti a 60 fotogrammi.

In parole povere, questa tecnologia tenta di simulare una caratteristica chiave dei display CRT: il processo mediante il quale i fosfori spengono gradualmente la luce dopo averla emessa.

I monitor CRT funzionano in modo diverso dagli schermi LCD di oggi. Il fascio di elettroni scansiona lo schermo riga per riga, facendo brillare i fosfori, creando l'immagine. Dopo che il fosforo ha emesso luce, non si spegnerà immediatamente, ma si attenuerà gradualmente. Questo effetto può rendere l'immagine più chiara senza causare uno sfarfallio troppo forte.

In precedenza, per ridurre l'effetto movimento, un metodo comune consisteva nell'utilizzare la tecnologia di inserimento dei fotogrammi neri (BFI), che consiste nell'inserire fotogrammi neri tra fotogrammi normali. Sebbene ciò possa ridurre la permanenza dell'immagine, l'immagine sfarfallerà in modo significativo e potrebbe far sentire a disagio le persone quando la guardano per un lungo periodo.

Lei Hong ha spiegato che esistono due modi principali per ridurre il motion blur su un display: uno è far lampeggiare rapidamente lo schermo come un CRT e l'altro è aumentare la frequenza di aggiornamento. Entrambi i metodi riducono il tempo in cui ciascun fotogramma rimane davanti ai tuoi occhi, proprio come una fotocamera che utilizza un otturatore più veloce, riducendo così l'effetto movimento.

Il vantaggio del CRT è che può far brillare brevemente i pixel in meno di un millesimo di secondo, quindi non è necessario un frame rate particolarmente elevato per ottenere immagini dinamiche molto chiare.

Oltre alla simulazione software, NVIDIA sta cercando di risolvere questo problema anche a livello hardware.

La tecnologia G-Sync Pulsar di Nvidia è stata applicata ad alcuni monitor da gioco. Combina una frequenza di aggiornamento variabile (

VR

Tuttavia, questa tecnologia non è stata ancora applicata ai display OLED e può essere utilizzata solo con le schede grafiche NVIDIA.

Lo strumento di test del browser di Blur Busters simula il processo di scansione di un fascio di elettroni CRT dalla parte superiore dello schermo

Se hai ancora difficoltà a comprendere, puoi comprendere la tecnologia di simulazione CRT come DLSS specifico per le immagini dinamiche.

DLSS utilizza principalmente mezzi tecnici per migliorare la risoluzione dell'immagine e le prestazioni dei giochi, mentre la tecnologia di simulazione CRT rende più chiara l'immagine in movimento.

Idealmente, per un gioco bloccato per l'esecuzione a 60 fotogrammi, dopo che questa tecnologia è stata elaborata, la chiarezza dinamica può essere vicina all'effetto quando viene eseguito a 540 fotogrammi e non richiede una scheda grafica di fascia alta come RTX5090 per impilare il numero di fotogrammi.

Il monitor da 540 Hz potrebbe non essere facile da gestire

Per testare questa tecnologia, ho utilizzato un monitor ROG PG27AQWP-W inviato da ASUS.

La frequenza di aggiornamento di questo monitor raggiunge i 540 Hz. Se la risoluzione viene ridotta a 720p, è possibile attivare anche la modalità 720Hz. Maggiore è la frequenza di aggiornamento, più facile sarà il funzionamento della tecnologia di simulazione CRT, riducendo ulteriormente il motion blur.

Anche gli schermi OLED hanno i loro vantaggi. A differenza degli LCD che richiedono la retroilluminazione, i pixel OLED possono essere disattivati ​​direttamente per visualizzare il nero vero e la luminosità è sufficientemente elevata da avvicinarsi alle prestazioni di contrasto originali del CRT. Insieme a un'elevata frequenza di aggiornamento, è più semplice simulare l'effetto di uno schermo a scansione progressiva a fascio di elettroni CRT.

Questa tecnologia non serve solo a soddisfare i giocatori nostalgici.

Lei Hong ha sottolineato che la tradizionale tecnologia di inserimento del fotogramma nero a 60 Hz e la retroilluminazione stroboscopica producono sfarfallii relativamente evidenti perché il sistema deve inserire un fotogramma nero tra ciascun fotogramma dei fotogrammi normali.

La tecnologia di simulazione CRT utilizza un metodo di scansione progressivo dall'alto verso il basso e l'effetto sarà molto più morbido. Poiché c'è sempre un'area dello schermo illuminata, l'intero schermo non diventerà ripetutamente nero come il tradizionale inserimento di cornici nere.

Tuttavia, anche se avevo un monitor perfetto per i test, ero comunque sopraffatto da questa nuova tecnologia quando è arrivato il momento di provarla davvero.

Ho passato diverse ore cercando di rendere l'immagine più chiara

La tecnologia Blur Busters è stata utilizzata per la prima volta negli shader del software front-end del simulatore RetroArch. Successivamente, è stato aggiunto a una versione sperimentale di uno strumento separato chiamato ShaderGlass.

ShaderGlass è uno strumento molto pratico per gli effetti speciali delle immagini di Windows che può sovrapporre centinaia di effetti visivi su vari contenuti del desktop, come linee di scansione, interferenze del segnale analogico, ecc., facendo sembrare l'immagine un televisore vecchio stile.

Ma la complessità della simulazione del fascio di elettroni CRT è ben oltre quella dei normali shader, quindi lo sviluppatore Mausimus ha deciso infine di separarlo separatamente e di svilupparlo in un nuovo strumento: ShaderBeam.

Mausimus ha spiegato che affinché questa tecnologia funzioni al meglio, è necessario fare due cose contemporaneamente: in primo luogo, deve essere accuratamente sincronizzata con il monitor; anche mancare un fotogramma a una frequenza di aggiornamento così elevata può causare uno sfarfallio evidente; in secondo luogo, deve essere sincronizzato con lo schermo del gioco per garantire che ogni fotogramma prodotto dal gioco possa corrispondere correttamente al processo di scansione CRT simulato.

Attualmente, ShaderBeam è il modo migliore per utilizzare l'algoritmo di Leihong.

Il funzionamento di ShaderBeam non sembra complicato. Dopo aver avviato il programma, premi il tasto di scelta rapida per sovrapporre gli effetti speciali alla finestra del gioco. Sembra semplice, ma ciò non significa che sia facile da implementare. Dopotutto, questo tipo di sistema operativo, driver della scheda grafica e monitor originariamente non disponevano della tecnologia appositamente ottimizzata per questo. Non è una grande azienda come Microsoft, AMD o Nvidia che può farlo facilmente se lo desidera.

Mausimus ha affermato che ShaderBeam può utilizzare solo la cattura dello schermo esistente, la trasparenza delle finestre e altre funzioni per completare il lavoro il più possibile. Queste funzioni non sono state originariamente progettate per questo scopo e non è possibile garantire una tempistica di esecuzione precisa. Il programma deve inoltre essere limitato dal meccanismo di pianificazione interno del sistema operativo e dal driver della scheda grafica. Deve puntare il più possibile a risorse di esecuzione sufficienti per garantire che ogni frame venga emesso in tempo.

Affinché ShaderBeam funzioni in modo stabile, gli utenti devono anche disattivare molte funzioni che solitamente sono utili.

Ad esempio, disattiva la frequenza di aggiornamento variabile, regola le impostazioni del driver della scheda grafica, scollega il cavo del secondo monitor, utilizza Process Lasso per aumentare la priorità di esecuzione del programma e persino modificare il registro di Windows.

La cosa più interessante è che puoi anche provare a far lavorare insieme due GPU: una è responsabile dell'esecuzione del gioco e l'altra è responsabile della simulazione dello schermo CRT. Se il processore stesso ha un display principale, puoi provare a lasciare che il display principale svolga il lavoro di quest'ultimo.

Mausimus ha affermato che affidare il compito di simulazione a un'altra GPU può ridurre la competizione tra questa e la scheda grafica principale per le risorse, consentendo al programma di ottenere un tempo di esecuzione più stabile. Il miglioramento apportato da ciò è abbastanza evidente.

Il problema non è che le prestazioni di una singola scheda grafica siano insufficienti, ma che il tempo in cui il sistema operativo alloca le risorse della GPU non è stabile.

Se ShaderBeam non ottiene risorse GPU sufficienti in tempo per riprodurre l'immagine, potrebbe verificarsi uno sfarfallio. Ho riscontrato questo problema: quando provavo a far sì che il display principale del processore Intel trasmettesse immagini con una risoluzione di 1440p e una frequenza di aggiornamento di 540Hz, il problema dello sfarfallio era abbastanza ovvio.

Dopodiché, sono passato a diversi simulatori e giochi sparatutto per i test, tra cui "Quake" e "Amid Evil", ma ho sempre avuto problemi di rallentamento.

Ciò mi ha portato anche ad approfondire la questione della temporizzazione dei subframe nei display. Man mano che la ricerca si approfondisce, vari dettagli nella tecnologia dei display diventano sempre più complessi, persino confusi.

A dire il vero, sembra un po' folle impegnarsi così tanto per ottenere una grafica migliore in un gioco come Metroid Prime 2: Echoes.

Questo gioco è uno dei titoli che ho utilizzato per i test. Spero di utilizzare l'emulatore del GameCube Dolphin per riscoprire la sensazione che ho provato quando ho giocato per la prima volta a questo gioco su un monitor CRT nella camera da letto del mio compagno di liceo.

Ho passato ore a risolvere problemi quali balbuzie, sfarfallio e interruzione dei colori. Mi sentivo uno scienziato pazzo, e quella era tutta una questione di follia.

Anche se hai tutte le impostazioni a posto, ciò non significa che andrà tutto bene. Anche il gioco stesso può influenzare l'effetto.

Ad esempio, in alcuni giochi Unreal Engine 5 si verificano spesso blocchi che interrompono l'intervallo dei fotogrammi dello schermo e influiscono sul normale funzionamento della tecnologia di simulazione CRT.

Quando il quadro sarà davvero chiaro, ne varrà la pena

Tuttavia, ho finalmente capito il vero valore di questa tecnologia quando ho iniziato a far sfrecciare Samus nelle aree strette della sua palla metamorfosata.

Anche se la telecamera ruota rapidamente, i pilastri nella stanza sono ancora chiari e nitidi e non vengono sfocati a causa del movimento dello schermo.

In quel momento ho finalmente capito ciò per cui Rehon e Mausimus si erano battuti.

Mausimus ha spiegato che dopo aver utilizzato questa tecnologia, quando gli oggetti si muovono o i giocatori ruotano la prospettiva, i dettagli dei pixel che vengono facilmente inghiottiti dal motion blur dovrebbero essere comunque presentati chiaramente.

Ha fatto l'esempio dei pilastri in Quake. Ci sono molte trame fini sulla superficie dei pilastri. Quando l'obiettivo si muove su un normale monitor, questi dettagli vengono spesso mescolati insieme a causa del motion blur. Tuttavia, dopo l'elaborazione della simulazione CRT, le texture dovrebbero essere ancora chiaramente visibili anche se lo schermo si muove.

Anche Factorio è un buon soggetto di prova. In circostanze normali, quando il giocatore sposta la prospettiva, l'intera scena appare molto fluida, ma i dettagli dei pixel nell'immagine vengono facilmente sfocati. Con questa tecnologia abilitata, i giocatori dovrebbero essere in grado di vedere i dettagli anche se l'intera scena è in movimento.

Questo è esattamente lo scopo della tecnologia di simulazione CRT: non si tratta semplicemente di aggiungere linee di scansione all'immagine o di applicare uno strato di filtri retrò, ma di cercare di risolvere l'annoso problema della sfocatura dinamica dei monitor moderni.

Abbiamo dedicato quasi 20 anni alla ricerca di risoluzioni più elevate, schermi più sottili e frequenze di aggiornamento più elevate, ma ora abbiamo scoperto che alcuni dei vantaggi che un tempo avevano i monitor CRT vecchio stile valgono ancora la pena di essere perseguiti oggi.