LCD e OLED vêm perseguindo há 20 anos, mas ainda não conseguem superar completamente o antigo monitor CRT.

Resumo:

Em 2007, “Lost” inaugurou o final da terceira temporada, que também deixou uma das reviravoltas mais clássicas da história dos dramas americanos. Anteriormente, o público sempre pensava que os flashbacks da peça eram sobre o que aconteceu antes dos personagens ficarem presos na ilha deserta. Inesperadamente, eles descobriram no final que esses fragmentos eram na verdade histórias que aconteceram no futuro. Após três temporadas de sobrevivência em uma ilha deserta, os protagonistas Jack e Kate retornaram em segurança a Los Angeles. Fugir da ilha deserta sempre foi o objetivo central do show. O público originalmente pensou que, desde que saíssem com sucesso, tudo estaria acabado. Até que Jack desabou e gritou: “Temos que voltar!” Agora, tenho sentimentos semelhantes em relação a muitos produtos de tecnologia.

Pouco antes daquele episódio de Lost ir ao ar, gastei US$ 1.000 no meu primeiro monitor de alta definição. Esta é uma tela LCD Samsung de 26 polegadas com resolução de 1366×768. Eu estava na faculdade na época e esse monitor servia tanto como TV do meu dormitório quanto como monitor do computador. Naquela época, era definitivamente considerado um produto de alta qualidade. Comparado com o antigo monitor CRT ainda em uso em casa, ele é mais fino, mais nítido e parece mais avançado.

Mas será que esse é realmente o caso?

Quase 20 anos se passaram e ainda existem alguns especialistas bem versados ​​em tecnologia de exibição, tentando encontrar maneiras de recuperar o que abandonamos naquela época.

“As pessoas com mais de 40 anos geralmente ainda se lembram da nitidez do monitor CRT quando a imagem estava em movimento, mas os jovens nunca usaram um CRT, então naturalmente não têm essa memória.” Mark Rejhon, fundador do site Blur Busters, disse.

Durante anos, a ferramenta de teste de navegador "Test UFO" no site Blur Busters foi considerada uma das ferramentas padrão para testar a nitidez dinâmica de monitores modernos. Há um homem verde sentado em um disco voador vermelho na tela de teste, que é usado para ajudar os usuários a observar a clareza da tela quando ela se move.

Comparados aos monitores CRT mais antigos, os monitores LCD de meados dos anos 2000 são simplesmente inferiores nesse aspecto. Na época, os pixels do LCD demoravam muito para mudar de cor, resultando em uma imagem residual perceptível atrás de objetos em movimento rápido.

A TV na qual gastei um mês inteiro de salário já era considerada um bom produto na época. Mas a era da alta definição acaba de chegar e o frescor trazido pelas novas tecnologias me fez ignorar um problema: embora tenha ganhado uma resolução mais alta, também perdi as cores mais vivas e as imagens dinâmicas mais suaves do monitor CRT.

E essa perda durou quase 20 anos.

Os monitores de alta taxa de atualização de hoje já eliminaram há muito tempo as imagens borradas e esbranquiçadas das telas LCD dos anos 2000. Mas mesmo os produtos de topo ainda não conseguem alcançar totalmente o CRT em termos de clareza dinâmica. Este é exatamente o problema que Lei Hong tem tentado resolver.

Redescubra a sensação do CRT

No final de 2024, Lei Hong colaborou com Timothy Lottes, ex-desenvolvedor da Nvidia, para lançar um algoritmo inovador que supostamente era capaz de simular os efeitos dos tubos de imagem CRT. Ele pode aproveitar telas de alta taxa de atualização acima de 240 Hz para reduzir drasticamente o desfoque de movimento em jogos retrô e outros conteúdos de 60 quadros.

Simplificando, esta tecnologia tenta simular uma característica fundamental dos monitores CRT: o processo pelo qual os fósforos extinguem gradualmente a luz após emitirem luz.

Os monitores CRT funcionam de maneira diferente das telas LCD atuais. O feixe de elétrons varre a tela linha por linha, fazendo com que os fósforos brilhem, criando a imagem. Depois que o fósforo emitir luz, ele não se apagará instantaneamente, mas diminuirá gradualmente. Este efeito pode tornar a imagem mais nítida sem causar tremulação muito forte.

Anteriormente, para reduzir o desfoque de movimento, um método comum era usar a tecnologia de inserção de quadro preto (BFI), que consiste em inserir quadros pretos entre quadros normais. Embora isto possa reduzir a retenção de imagem, a imagem irá tremer significativamente e poderá fazer com que as pessoas se sintam desconfortáveis ​​ao observá-la durante um longo período de tempo.

Lei Hong explicou que existem duas maneiras principais de reduzir o desfoque de movimento em uma tela: uma é fazer a tela piscar rapidamente como um CRT e a outra é aumentar a taxa de atualização. Ambos os métodos encurtam o tempo que cada quadro fica diante de seus olhos, assim como uma câmera que usa um obturador mais rápido, reduzindo assim o desfoque de movimento.

A vantagem do CRT é que ele pode fazer os pixels brilharem brevemente em menos de um milésimo de segundo, portanto você não precisa de uma taxa de quadros particularmente alta para obter imagens dinâmicas muito nítidas.

Além da simulação de software, a NVIDIA também está tentando resolver esse problema no nível do hardware.

A tecnologia G-Sync Pulsar da Nvidia foi aplicada a alguns monitores de jogos. Ele combina taxa de atualização variável (

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No entanto, esta tecnologia ainda não foi aplicada a monitores OLED e só pode ser usada com placas gráficas NVIDIA.

A ferramenta de teste de navegador do Blur Busters simula o processo de um feixe de elétrons CRT varrendo a partir do topo da tela

Se ainda achar difícil entender, você pode entender a tecnologia de simulação CRT como DLSS especificamente para imagens dinâmicas.

O DLSS utiliza principalmente meios técnicos para melhorar a resolução da imagem e o desempenho dos jogos, enquanto a tecnologia de simulação CRT torna a imagem em movimento mais nítida.

Idealmente, para um jogo bloqueado para rodar a 60 quadros, após o processamento dessa tecnologia, a clareza dinâmica pode ficar próxima do efeito ao rodar a 540 quadros e não requer uma placa gráfica de ponta como a RTX5090 para empilhar o número de quadros.

Monitor de 540 Hz pode não ser fácil de manusear

Para testar esta tecnologia, utilizei um monitor ROG PG27AQWP-W enviado pela ASUS.

A taxa de atualização deste monitor chega a 540Hz. Se a resolução for reduzida para 720p, o modo 720Hz também pode ser ativado. Quanto maior a taxa de atualização, mais fácil será o funcionamento da tecnologia de simulação CRT, reduzindo ainda mais o desfoque de movimento.

As telas OLED também têm suas próprias vantagens. Ao contrário dos LCDs que requerem luz de fundo, os pixels OLED podem ser desligados diretamente para exibir preto verdadeiro, e o brilho é alto o suficiente, para que possa estar mais próximo do desempenho de contraste original do CRT. Juntamente com uma alta taxa de atualização, é mais fácil simular o efeito de uma tela de varredura progressiva de feixe de elétrons CRT.

Essa tecnologia não serve apenas para satisfazer jogadores nostálgicos.

Lei Hong apontou que a tecnologia tradicional de inserção de moldura preta de 60 Hz e o estroboscópio de luz de fundo produzirão oscilações relativamente óbvias porque o sistema precisa inserir uma moldura preta entre cada quadro dos quadros normais.

A tecnologia de simulação CRT usa um método de varredura progressiva de cima para baixo e o efeito será muito mais suave. Como sempre há alguma área da tela brilhando, a tela inteira não ficará preta repetidamente como a tradicional inserção de moldura preta.

No entanto, embora eu tivesse um monitor perfeito para testes, ainda fiquei impressionado com essa nova tecnologia quando chegou a hora de realmente brincar com ela.

Passei várias horas tentando deixar a imagem mais nítida

A tecnologia Blur Busters foi usada pela primeira vez nos shaders do software front-end do simulador RetroArch. Mais tarde, foi adicionado a uma versão experimental de uma ferramenta separada chamada ShaderGlass.

ShaderGlass é uma ferramenta de efeitos especiais de imagem do Windows muito prática que pode sobrepor centenas de efeitos visuais em vários conteúdos da área de trabalho, como linhas de varredura, interferência de sinal analógico, etc., fazendo com que a imagem pareça uma TV antiga.

Mas a complexidade da simulação de feixe de elétrons CRT está muito além da dos shaders comuns, então o desenvolvedor Mausimus finalmente decidiu separá-la separadamente e desenvolvê-la em uma nova ferramenta: ShaderBeam.

Mausimus explicou que para que esta tecnologia funcione melhor, duas coisas devem ser feitas ao mesmo tempo: primeiro, ela deve ser sincronizada com precisão com o monitor, mesmo a perda de um quadro em uma taxa de atualização tão alta pode causar oscilações óbvias; segundo, ele deve ser sincronizado com a tela do jogo para garantir que cada quadro gerado pelo jogo possa corresponder corretamente ao processo simulado de digitalização CRT.

Atualmente, o ShaderBeam é a melhor maneira de usar o algoritmo de Leihong.

A operação do ShaderBeam não parece complicada. Após iniciar o programa, pressione a tecla de atalho para sobrepor os efeitos especiais na janela do jogo. Mas parece simples, mas isso não significa que seja fácil de implementar. Afinal, esse tipo de sistema operacional, driver de placa gráfica e monitor originalmente não possuía a tecnologia especificamente otimizada para isso. Não é uma grande empresa como a Microsoft, AMD ou Nvidia que pode fazer isso facilmente se quiser.

Mausimus disse que o ShaderBeam só pode usar captura de tela existente, transparência de janela e outras funções para completar o trabalho tanto quanto possível. Essas funções não foram originalmente projetadas para esse propósito e o tempo de execução preciso não pode ser garantido. O programa também deve ser limitado pelo mecanismo de agendamento interno do sistema operacional e do driver da placa gráfica. Ele deve se esforçar para obter recursos de execução suficientes, tanto quanto possível, para garantir que cada quadro seja produzido no prazo.

Para que o ShaderBeam funcione de forma estável, os usuários precisam até desativar muitas funções que normalmente são úteis.

Por exemplo, desative a taxa de atualização variável, ajuste as configurações do driver da placa gráfica, desconecte o segundo cabo do monitor, use o Process Lasso para aumentar a prioridade de execução do programa e até modifique o registro do Windows.

O que é mais interessante é que você também pode tentar deixar duas GPUs trabalharem juntas: uma é responsável pela execução do jogo e a outra é responsável pela simulação da tela CRT. Se o próprio processador tiver uma tela central, você pode tentar deixar que a tela principal assuma o trabalho deste último.

Mausimus disse que entregar a tarefa de simulação para outra GPU pode reduzir a competição entre ela e a placa gráfica principal por recursos, permitindo ao programa obter um tempo de execução mais estável. A melhoria trazida por isso é bastante óbvia.

O problema não é que o desempenho de uma única placa gráfica seja insuficiente, mas que o tempo em que o sistema operacional aloca recursos de GPU não é estável.

Se o ShaderBeam não obtiver recursos de GPU suficientes a tempo de gerar a imagem, poderá ocorrer oscilação. Eu encontrei este problema: ao tentar fazer com que o núcleo do processador Intel exibisse imagens com resolução de 1440p e taxa de atualização de 540 Hz, o problema de oscilação era bastante óbvio.

Depois disso, mudei para diferentes simuladores e jogos de tiro para testar, incluindo "Quake" e "Amid Evil", mas sempre tive problemas com atrasos.

Isso também me levou a aprofundar a questão do tempo de subframe em displays. À medida que a investigação se aprofunda, vários detalhes da tecnologia de visualização tornam-se cada vez mais complexos e até confusos.

Para ser honesto, parece um pouco louco colocar tanto esforço para conseguir gráficos melhores em um jogo como Metroid Prime 2: Echoes.

Este jogo é um dos títulos que usei para teste. Espero usar o emulador de GameCube Dolphin para redescobrir a sensação que tive quando joguei este jogo pela primeira vez em um monitor CRT no quarto do meu amigo do ensino médio.

Passei horas solucionando problemas como interrupções, oscilações e quebra de cores. Eu me senti como um cientista maluco, e isso era tudo uma questão de loucura.

Mesmo que você tenha todas as configurações definidas, isso não significa que tudo ficará bem. O próprio jogo também pode influenciar o efeito.

Por exemplo, alguns jogos Unreal Engine 5 costumam travar, o que interrompe o intervalo de quadros da tela e afeta a operação normal da tecnologia de simulação CRT.

Quando a imagem estiver realmente nítida, todo o esforço valerá a pena

No entanto, finalmente vi o verdadeiro valor dessa tecnologia quando comecei a fazer Samus contornar áreas apertadas de sua bola de metamorfose.

Mesmo que a câmera gire rapidamente, os pilares da sala ainda são claros e nítidos e não ficam desfocados devido ao movimento da tela.

Naquele momento, finalmente entendi o que Rehon e Mausimus estavam buscando.

Mausimus explicou que depois de usar essa tecnologia, quando os objetos se movem ou os jogadores giram sua perspectiva, os detalhes dos pixels que são facilmente engolidos pelo desfoque de movimento ainda devem ser apresentados com clareza.

Ele deu o exemplo dos pilares em Quake. Existem muitas texturas finas na superfície dos pilares. Quando a lente se move em um monitor comum, esses detalhes geralmente ficam misturados devido ao desfoque de movimento. No entanto, após o processamento da simulação CRT, as texturas ainda deverão estar claramente visíveis mesmo se a tela se mover.

Fatorio também é uma boa cobaia. Em circunstâncias normais, quando o jogador move a perspectiva, toda a cena parece muito suave, mas os detalhes dos pixels da imagem ficam facilmente desfocados. Com esta tecnologia habilitada, os jogadores deverão ser capazes de ver detalhes mesmo que toda a cena esteja em movimento.

Este é exatamente o objetivo da tecnologia de simulação CRT: não se trata simplesmente de adicionar linhas de varredura à imagem ou aplicar uma camada de filtros retro, mas de tentar resolver o antigo problema de desfoque dinâmico dos monitores modernos.

Passamos quase 20 anos buscando resoluções mais altas, telas mais finas e taxas de atualização mais altas, mas agora descobrimos que algumas das vantagens que os monitores CRT antigos tinham ainda valem a pena ser buscadas novamente hoje.