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设备与工具了解ROS是深入学习ROS和进行ROS应用开发的基础，硅步机器人以连载的形式对ROS的基本概念、常用命令及开发应用进行由浅入深的介绍。本期介绍3D可视化工具RViz。
RViz对数据进行三维可视化并进行交互操作，还常用于机器人的运动规划，包括机械臂运动规划、移动机器人路径规划等。本期主要内容有：RViz的安装和启动、显示面板、视图面板和坐标系。
1．Rviz的安装和启动
如果你还没有安装Rviz，请首先运行下面的指令：
sudo apt-get install ros-indigo-rviz
运行下面的指令启动Rviz：
source /opt/ros/indigo/setup.bash
roscore &
rosrun rviz rviz
Rviz首次启动时，你会看到图5-1所示的空白界面：
图1 Rviz启动界面
图1中间黑色的区域为3D视图，这里由于尚未载入可视化对象，所以是空的。左侧为显示列表，目前仅显示全局选项和时间视图，右侧是视图和选择面板。
2．显示（Displays）面板
显示面板中间有一个包含了模拟环境下不同参数项的树形列表，该列表中的选项包括点云、轴、网格、标记等。
2.1添加新的显示
要添加一个新的显示，点击底部的“Add”按钮：
Rviz将会弹出如下图所示的新显示对话框：
该对话框包括三项内容：显示类型、描述和显示名称。显示类型列表给出了该显示将要可视化的数据类型，描述给出了所选中显示的简要介绍，而显示名称则需要由用户输入一个独一无二的名字。例如，如果你的机器人有两个激光扫描仪，你需要创建两个“Laser Scan”的显示，可以将它们分别命名为“Lase Base”和“Laser head”。
2.2 显示属性
每个显示都有自己的属性列表（如图4），你可根据需要对其属性进行修改。
2.3 显示状态
每一显示都有一个相应的状态与之对应，通过状态可以了解某一显示是否正常。状态一共有四种：OK（正常），Warning（警告），Error（错误）和Disabled（禁用）。不同的状态用不同的背景色表示（如图5），黑色为OK，黄色为Warning，红色为Error，灰色为Disabled。
2.4内置显示类型
Rviz内置了许多显示类型，如表1所示。
表1 部分Rviz内置的显示
|
显示类型 |
描述 |
消息 |
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Axes（轴） |
显示一组坐标轴 |
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|
Camera（摄像机） |
从该摄像机的视角创建一个新的渲染窗口，在其上覆盖原来的图像 |
sensor_msgs/Image sensor_msgs/CameraInfo |
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Grid（网格） |
显示2D或3D网格 |
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Grid Cells（网格单元） |
从网格中提取单元，通常为导航栈代价地图中的障碍 |
nav_msgs/GridCells |
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Image（图像） |
创建一个带有图像的渲染窗口。与Camera显示不同，该显示不使用CameraInfo。 |
sensor_msgs/Image |
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InteractiveMarker（互动标记） |
从一个或多个交互标记服务器显示3D对象，允许使用鼠标与它们交互。 |
visualization_msgs/InteractiveMarker |
|
Laser Scan（激光扫描） |
显示来自激光扫描仪的数据，带有不同的渲染和累积选项。 |
sensor_msgs/LaserScan |
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Map（地图） |
在地平面显示地图 |
nav_msgs/OccupancyGrid |
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Markers（标记） |
允许程序员通过主题显示任意的原始形状 |
visualization_msgs/Marker visualization_msgs/MarkerArray |
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Path（路径） |
显示来自导航栈的路径 |
nav_msgs/Path |
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Point（点） |
将点绘制成一个小球体 |
geometry_msgs/PointStamped |
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Pose（位姿） |
将位姿绘制成箭头或轴 |
geometry_msgs/PointStamped |
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Pose Array（位姿阵列） |
绘制箭头“云”，每一个箭头代表位姿阵列中的一个位姿 |
geometry_msgs/PoseArray |
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Point Cloud（点云） |
显示来自点云的数据，带有不同的渲染和累积选项。 |
sensor_msgs/PointCloud, sensor_msgs/PointCloud2 |
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Polygon（多边形） |
将多边形的轮廓绘制成线 |
geometry_msgs/Polygon |
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Odemetry（里程计） |
随时间累积里程计的位姿 |
nav_msgs/Odometry |
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Range（距离） |
用圆锥体表示声呐或红外距离传感器的测量距离 |
sensor_msgs/Range |
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RobotModel（机器人模型） |
显示处于正确位姿（由当前TF变换定义）的机器人的可视化表示 |
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TF |
显示TF变换层次 |
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Wrench（扳手） |
将扳手绘制成箭头（力）和箭头+圆（力矩） |
geometry_msgs/WrenchStamped |
3．视图面板
Rviz的视图面板中提供了几种不同类型的摄像机，每一种摄像机的控制方式和投影方式（正交投影、透视投影等）也不尽相同。
3.1 轨道摄像机（默认值）
轨道摄像机围绕焦点旋转，且始终朝向该焦点。当移动摄像机时，焦点可视为一个小圆盘，如图6所示。
轨道摄像机的控制：
鼠标左键：单击并拖动围绕焦点进行旋转。
鼠标中键：单击并拖动在由摄像机向上和向右的矢量组成的平面上移动焦点。移动的距离取决于焦点。如果焦点上有物体，你在该物体上单击，它会停留在你的鼠标下面。
鼠标右键：单击并拖动放大/缩小焦点。向上拖动放大，向下拖动缩小。
鼠标滚轮：放大/缩小焦点。
3.2 FPS（第一人称）摄像机
FPS是第一人称摄像机，相当于手持摄像机进行控制。
FPS摄像机的控制：
鼠标左键：单击并拖动进行旋转。单击鼠标下方的对象并直接查看它。
鼠标中键：单击并拖动沿由摄像机向上和向右的矢量组成的平面移动。
鼠标右键：单击并拖动沿摄像机前向矢量移动。向上拖动向前移动，向下拖动向后移动。
鼠标滚轮：向前/向后移动。
3.3 垂直正交摄像机
垂直（Top-down）正交摄像机始终沿Z轴（机器人框架内）向下观察对象，看到的是正交视图，这意味着当对象远离时看起来也不会变小。
垂直正交摄像机的控制：
鼠标左键：单击并拖动绕Z轴进行旋转。
鼠标中键：单击并拖动沿XY平面移动摄像机。
鼠标右键：单击并拖动缩放图像。
鼠标滚轮：缩放图像。
3.4 XY轨道摄像机
同轨道摄像机，但焦点限制在XY平面。
4．坐标系
Rviz使用tf变换系统将局部坐标系中的数据变换到全局坐标系中。Rviz常用的坐标系有两种：固定坐标系和目标坐标系。
4.1 固定坐标系
固定坐标系相比而言更重要一些。固定坐标系是用来表示“世界”坐标系的参考坐标系，它通常指“地图”、“世界”等，也可以是你的里程计坐标系。
如果固定坐标系被错误地设置成了机器人底座，那么该机器人曾看到的所有对象都将在其前面消失。为了得到正确的结果，固定坐标系相对于“世界”应该是静止的。如果你更改了固定坐标系，当前显示的所有数据都被清除，而非重新变换。
4.2 目标坐标系
目标坐标系是摄像机视图的参考坐标系。比如，如果你的目标坐标系是地图，你将会看到绕地图行驶的机器人。如果你的目标坐标系是机器人底座，你将会看到机器人将待在原地，而其他一切相对于机器人底座移动。
硅步机器人（Gaitech Robotics） 是专业提供机器人整体解决方案的创新型公司，在香港、首尔、台北、上海、山东五地拥有分支机构。硅步的业务和合作伙伴遍布全球多个国家，拥有健全的销售和服务网络。同时硅步拥有一支国际化的高水平技术团队，致力于为客户提供业内领先的产品、技术和专业的服务。公司目前主要业务是基于ROS（Robot Operating System）系统的智能机器人的集成、生产、销售和技术支持服务。
硅步机器人于2016年3月参与投资了加拿大Agile Sensor Technologies Inc.（www.agilesensors.com），致力于机器人电机控制系统、无人机飞行稳定系统、智能相机和高性能传感器等技术和产品的研究和开发。
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