Warum 60fps aussehen wie 30? Das Rätsel um Ruckler und Frametimes gelöst

Kennen Sie das? Sie haben viel Geld in Ihren Gaming-PC investiert, Ihre Grafikkarte spuckt laut Anzeige stabile 60 Frames Per Second (FPS) aus, und doch fühlt sich das Spiel einfach nicht flüssig an. Es ruckelt, es hakt, es fühlt sich an, als würde man mit viel niedrigeren Bildraten spielen, vielleicht sogar wie mit 30 FPS. Dieses Phänomen ist eine der frustrierendsten Erfahrungen für PC-Gamer und kann selbst erfahrene Technik-Enthusiasten in den Wahnsinn treiben. Was steckt dahinter? Die Antwort liegt nicht allein in den FPS-Werten, sondern in einem tieferen, oft übersehenen Aspekt der Bildwiedergabe: den Frametimes.

Was bedeutet FPS wirklich? Eine oberflächliche Metrik

Bevor wir uns dem Kern des Problems widmen, ist es wichtig, zu verstehen, was FPS (Frames Per Second) eigentlich aussagt. FPS ist schlichtweg die Anzahl der Bilder, die Ihre Grafikkarte pro Sekunde berechnet und an Ihren Monitor sendet. Ein Wert von 60 FPS bedeutet, dass im Durchschnitt 60 Bilder innerhalb einer Sekunde gerendert werden. Auf den ersten Blick scheint dies eine perfekte Metrik zu sein, um die Leistung eines Spiels zu beurteilen. Viele Spieler streben 60 FPS als Minimum an, da dies traditionell als „flüssig“ wahrgenommen wird, besonders in Kombination mit einem 60-Hz-Monitor.

Das Problem ist jedoch, dass FPS nur einen Durchschnittswert darstellt. Es sagt nichts darüber aus, wie gleichmäßig diese Bilder über die Sekunde verteilt werden. Stellen Sie sich vor, Sie haben eine Sekunde Zeit, um 60 Gegenstände zu verpacken. Ob Sie diese Gegenstände gleichmäßig über die Sekunde verteilen oder ob Sie die ersten 59 Gegenstände in der ersten halben Sekunde verpacken und dann eine halbe Sekunde warten, bevor Sie den letzten Gegenstand hinzufügen, spielt für den Durchschnitt keine Rolle. Das Endergebnis ist dasselbe: 60 Gegenstände pro Sekunde. Für unser Gehirn und die Wahrnehmung von Bewegung ist die Verteilung jedoch entscheidend.

Das verborgene Problem: Frametimes enthüllt

Hier kommen die Frametimes ins Spiel. Während FPS angibt, wie viele Bilder pro Sekunde gerendert werden, geben Frametimes an, wie lange es dauert, ein einzelnes Bild zu rendern. Genauer gesagt, ist es die Zeit in Millisekunden (ms), die zwischen dem Abschluss der Berechnung eines Frames und dem Abschluss des nächsten Frames vergeht. Diese Metrik ist viel aussagekräftiger für die wahrgenommene Flüssigkeit eines Spiels.

Die Beziehung zwischen FPS und Frametime ist einfach: Frametime (ms) = 1000 ms / FPS.

• Bei 30 FPS beträgt die ideale Frametime 33,33 ms (1000 ms / 30).
• Bei 60 FPS beträgt die ideale Frametime 16,67 ms (1000 ms / 60).
• Bei 120 FPS beträgt die ideale Frametime 8,33 ms (1000 ms / 120).

Für ein wirklich flüssiges Spielerlebnis sind nicht nur hohe FPS wichtig, sondern vor allem konstante Frametimes. Wenn Ihre Frametimes konstant bei 16,67 ms liegen, wird Ihr Monitor alle 16,67 Millisekunden ein neues Bild erhalten, was zu einer perfekt gleichmäßigen und flüssigen Bewegung führt. Ihr Gehirn nimmt dies als ununterbrochene Animation wahr.

Der Übeltäter: Frametime-Spitzen und Ruckler

Das Problem, warum sich 60 FPS wie 30 FPS anfühlen können, entsteht, wenn die Frametimes nicht konstant sind. Selbst wenn Ihre durchschnittlichen FPS bei 60 liegen, können einzelne Frames deutlich länger zum Rendern brauchen als andere. Eine solche Verzögerung wird als Frametime-Spitze (oder „Frametime Spike”) bezeichnet. Das kann bedeuten, dass ein Frame 16 ms braucht, der nächste 18 ms, der übernächste plötzlich 40 ms und die folgenden dann wieder 16 ms.

Obwohl der Durchschnitt weiterhin 60 FPS betragen mag, führt dieser einzelne 40-ms-Frame zu einem spürbaren Ruckeln. Für Ihr Gehirn ist diese ungleichmäßige Verteilung der Frames ein Bruch in der Animation. Es erwartet eine konstante Abfolge von Bildern, und wenn diese Abfolge plötzlich unterbrochen wird, wirkt es wie ein Stocken oder ein „Microruckler”, auch bekannt als Micro-Stuttering. Dieser Effekt ist es, der 60 FPS oft wie 30 FPS oder sogar weniger erscheinen lässt, da die Gleichmäßigkeit der Bildwiedergabe, die für die Wahrnehmung von Flüssigkeit entscheidend ist, fehlt.

Man könnte sagen, dass unser Gehirn nicht so sehr auf die pure Anzahl der Bilder pro Sekunde achtet, sondern vielmehr auf die Kohärenz und Vorhersagbarkeit der Bewegung. Eine gleichmäßige Abfolge von 30 FPS kann sich unter Umständen flüssiger anfühlen als eine 60-FPS-Erfahrung mit häufigen Frametime-Spitzen.

Die Rolle der Hardware und Software: Warum Frametimes schwanken

Viele Faktoren können zu instabilen Frametimes führen:

1. CPU-Engpässe: Oft wird angenommen, dass die Grafikkarte der einzige limitierende Faktor ist. Doch auch die CPU ist für die Vorbereitung der Daten zuständig, die die GPU rendern soll. Wenn die CPU überlastet ist, kann sie die GPU nicht schnell genug mit neuen Daten versorgen, was zu Wartezeiten und damit zu Frametime-Spitzen führt, selbst wenn die GPU noch Kapazitäten hätte. Dies ist besonders bei Open-World-Spielen, komplexen Simulationen oder Strategiespielen mit vielen Objekten und KI-Berechnungen der Fall.
2. GPU-Engpässe: Eine zu schwache Grafikkarte für die gewählten Grafikeinstellungen oder die Auflösung ist eine offensichtliche Ursache. Wenn die GPU Schwierigkeiten hat, die Frames schnell genug zu berechnen, steigen die Frametimes.
3. Speicher (RAM und VRAM): Unzureichender oder zu langsamer Arbeitsspeicher (RAM) oder Videospeicher (VRAM) kann ebenfalls zu Nachlade-Rucklern führen, wenn Daten zwischen Festplatte, RAM und VRAM ausgetauscht werden müssen.
4. Treiberprobleme: Veraltete, fehlerhafte oder nicht optimierte Grafikkarten- oder Chipsatztreiber können die Kommunikation zwischen Hardwarekomponenten stören und unerwartete Frametime-Spitzen verursachen.
5. Spiel-Engine-Optimierung: Nicht jede Spiel-Engine ist perfekt optimiert. Manche Spiele haben von Natur aus Schwierigkeiten mit der Gleichmäßigkeit der Frame-Berechnung, besonders in bestimmten Szenen oder bei der Aktivierung bestimmter Effekte.
6. Hintergrundprozesse: Programme, die im Hintergrund laufen (Antiviren-Software, Browser, Discord, Updater etc.), können Systemressourcen beanspruchen und zu kurzzeitigen Engpässen führen, die sich als Frametime-Spitzen bemerkbar machen.
7. API-Overhead: Bestimmte Grafikschnittstellen (APIs) wie DirectX 11 können einen höheren CPU-Overhead haben als modernere APIs wie DirectX 12 oder Vulkan, was die CPU stärker belasten und Frametime-Spitzen begünstigen kann.

Display-Synchronisation: V-Sync, G-Sync und FreeSync

Ein weiterer wichtiger Faktor für die wahrgenommene Flüssigkeit ist die Synchronisation zwischen der Grafikkarte und dem Monitor. Ohne Synchronisation können Phänomene wie Screen Tearing auftreten, bei dem der Monitor gleichzeitig Teile von zwei verschiedenen Frames anzeigt, was zu einem zerrissenen Bild führt.

• V-Sync (Vertikale Synchronisation): V-Sync wurde entwickelt, um Screen Tearing zu eliminieren. Es synchronisiert die Ausgabe der Grafikkarte mit der Bildwiederholfrequenz des Monitors. Wenn Ihr Monitor 60 Hz hat, wartet die Grafikkarte darauf, dass der Monitor ein neues Bild anfordert, bevor sie ein neues Frame sendet. Das Problem: Wenn die Grafikkarte nicht konstant 60 FPS liefern kann und kurzzeitig auf z.B. 58 FPS fällt, schaltet V-Sync oft auf die nächste durch 60 teilbare Bildrate (z.B. 30 FPS) herunter, um Tearing zu vermeiden. Das Ergebnis ist ein starker FPS-Drop und damit verbundene hohe Frametimes, die sich sehr ruckelig anfühlen. Zudem führt V-Sync zu zusätzlichem Input Lag, da die Grafikkarte auf den Monitor warten muss.
• Adaptive Sync (G-Sync und FreeSync): Diese Technologien, entwickelt von NVIDIA (G-Sync) und AMD (FreeSync), stellen eine Revolution dar. Anstatt dass die Grafikkarte sich an den Monitor anpasst, passt sich der Monitor dynamisch an die FPS-Ausgabe der Grafikkarte an. Wenn die Grafikkarte 58 FPS liefert, ändert der Monitor seine Bildwiederholfrequenz auf 58 Hz. Liefert die Grafikkarte 75 FPS (innerhalb des Monitor-Bereichs), stellt der Monitor 75 Hz ein. Dies eliminiert Screen Tearing ohne die Nachteile von V-Sync und sorgt für eine extrem viel gleichmäßigere und flüssigere Darstellung, selbst wenn die FPS schwanken. Adaptive Sync ist eine der effektivsten Lösungen, um das Gefühl von Ruckeln und instabilen Frametimes zu minimieren.

Input Lag und menschliche Wahrnehmung

Instabile Frametimes tragen nicht nur zu visuellen Rucklern bei, sondern auch zum Input Lag. Wenn ein Frame lange braucht, um gerendert zu werden, verzögert sich auch die Anzeige Ihrer Eingaben (Mausbewegungen, Tastatureingaben). Das Spiel fühlt sich träge und weniger responsiv an, was besonders in schnellen Online-Shootern ein entscheidender Nachteil sein kann.

Die menschliche Wahrnehmung spielt eine entscheidende Rolle. Unser Gehirn ist Meister darin, Muster und Kontinuität zu erkennen. Eine kontinuierliche, gleichmäßige Bewegung ist für uns angenehmer und leichter zu verarbeiten als eine, die von plötzlichen Stockungen unterbrochen wird. Es ist wie der Unterschied zwischen einem perfekt rollenden Ball und einem, der alle paar Zentimeter einen kleinen Hüpfer macht. Obwohl der Ball insgesamt die gleiche Strecke in der gleichen Zeit zurücklegen mag, ist der „hüpfende” Ball störender für unsere visuelle Wahrnehmung.

Auch das Vorhandensein oder Fehlen von Motion Blur im Spiel kann die Wahrnehmung beeinflussen. Bei niedrigeren, aber konstanten FPS kann ein gut implementiertes Motion Blur dazu beitragen, die Lücken zwischen den Frames zu kaschieren und eine Illusion von mehr Flüssigkeit zu erzeugen. Wenn jedoch hohe FPS mit inkonsistenten Frametimes vorliegen und kein Motion Blur vorhanden ist, werden die einzelnen Ruckler noch deutlicher sichtbar.

Wie man Frametime-Probleme identifiziert und behebt

Um die wahre Ursache für Ruckler zu finden, müssen Sie über die reine FPS-Anzeige hinausgehen. Hier sind Schritte, die Sie unternehmen können:

1. Frametime-Monitoring-Tools nutzen: Programme wie MSI Afterburner (mit RivaTuner Statistics Server), CapFrameX oder das OSD (On-Screen Display) einiger AMD- oder NVIDIA-Treiber können Frametime-Graphen anzeigen. Achten Sie auf diese Graphen: Eine gerade Linie (oder eine sehr flache Kurve) ist ideal. Steile Spitzen zeigen Problembereiche an.
2. Treiber aktualisieren: Stellen Sie sicher, dass Ihre Grafikkartentreiber und Chipsatztreiber auf dem neuesten Stand sind. Oft beheben Treiber-Updates Leistungsprobleme und verbessern die Frametime-Stabilität.
3. Grafikeinstellungen optimieren: Auch wenn Ihre durchschnittlichen FPS hoch sind, können bestimmte Grafikeinstellungen (z.B. Schattenqualität, Raytracing, Ambient Occlusion, Texturfilterung) extrem rechenintensiv sein und zu Lastspitzen führen, die sich als Frametime-Spitzen äußern. Versuchen Sie, einzelne Einstellungen schrittweise zu reduzieren und beobachten Sie die Frametime-Graphen. Manchmal ist es besser, eine Einstellung von „Ultra” auf „Hoch” zu stellen, um eine viel flüssigere Erfahrung zu erhalten, selbst wenn die durchschnittlichen FPS gleich bleiben.
4. Hintergrundprozesse schließen: Beenden Sie alle unnötigen Programme, die im Hintergrund laufen und Ressourcen verbrauchen könnten.
5. Temperaturen überwachen: Überhitzung von CPU oder GPU kann zu Throttling (Leistungsdrosselung) führen, was wiederum Frametime-Spitzen verursacht. Achten Sie auf gute Kühlung.
6. Hardware-Upgrades in Betracht ziehen: Wenn Sie trotz aller Optimierungen weiterhin unter massiven Frametime-Problemen leiden und das Monitoring einen anhaltenden Engpass (CPU oder GPU) zeigt, könnte ein Upgrade einer oder mehrerer Komponenten die einzige Lösung sein.
7. Adaptive Sync nutzen: Wenn Sie einen Monitor mit G-Sync oder FreeSync besitzen, aktivieren Sie diese Funktion unbedingt. Sie gleicht viele der visuellen Auswirkungen von Frametime-Schwankungen aus und sorgt für eine deutlich flüssigere Darstellung.
8. RAM-Geschwindigkeit und -Kapazität prüfen: Bei manchen Systemen können schnellere oder mehr RAM die Frametime-Stabilität verbessern, besonders wenn Sie mit hoher Auflösung und Texturqualität spielen.

Fazit: Jenseits der reinen Zahlen

Das Rätsel, warum 60 FPS sich wie 30 FPS anfühlen können, ist gelöst: Es liegt an der Inkonsistenz der Frametimes. Während hohe FPS ein erstrebenswertes Ziel sind, ist die Stabilität und Gleichmäßigkeit der Frame-Ausgabe der wahre Indikator für ein flüssiges und reaktionsschnelles Spielerlebnis. Die bloße Zahl auf dem FPS-Zähler erzählt nur einen Teil der Geschichte. Für wahre Gaming-Flüssigkeit müssen wir uns auf das „Wie” der Bildlieferung konzentrieren, nicht nur auf das „Wie viel”.

Indem Sie Ihre Frametimes überwachen und die Ursachen für Ruckler und Spitzen bekämpfen – sei es durch Software-Optimierungen, Treiber-Updates, angepasste Grafikeinstellungen oder den Einsatz adaptiver Synchronisationstechnologien – können Sie das volle Potenzial Ihrer Hardware ausschöpfen und ein wirklich nahtloses und immersives Spielerlebnis genießen, bei dem 60 FPS sich endlich auch wie 60 FPS anfühlen.