RViz 用户指南

目标： 了解 RViz

教程级别： 中级

预计耗时： 25 分钟

背景

RViz 是 ROS（机器人操作系统）框架的 3D 可视化工具。

安装或构建 RViz

按照你所使用操作系统的安装说明来安装 RViz。

启动

首先记得 source 环境设置文件。

source /opt/ros/{DISTRO}/setup.bash

然后启动可视化工具：

ros2 run rviz2 rviz2

当 RViz 首次启动时，你会看到以下窗口：

中间的大面积黑色区域是 3D 视图，由于还没有任何内容可显示，所以是空的。 左侧是 Displays（显示）面板，列出了当前已加载的所有 Display，目前只有全局选项（Global Options）和一个 Grid（网格），稍后会详细说明。 右侧还有一些其他面板，下面会逐一介绍。

Displays（显示）

Display 是在 3D 场景中绘制内容的对象。Displays 列表中提供了多种可用的 Display 类型， 例如点云（Point Cloud）、机器人状态（Robot State）等。

添加新的 Display

要添加 Display，点击底部的 Add 按钮：

{/截图：Add 按钮/}

这将弹出新建 Display 的对话框：

{/截图：Add Display 对话框/}

顶部的列表列出了所有 Display 类型，每种类型对应一类可以可视化展示的数据。 中间的文本框会显示所选类型的描述信息。 此外，你需要为每个 Display 指定一个唯一的名称。 例如，如果机器人上有两个激光雷达，你可以创建两个 Laser Scan Display，分别命名为「Laser Base」和「Laser Head」。

Display 属性

每个 Display 都有自己的属性列表。 例如：

{/截图：Display 属性/}

Display 状态

每个 Display 都有自己的状态，用于帮助你判断一切是否正常。 状态可以是：OK、Warning、Error 或 Disabled。 状态通过 Display 标题栏的背景色来指示， 同时也可以在 Status 类别中查看（前提是 Display 已展开）：

{/截图：Display 状态/}

Status 类别还可以展开以显示具体的状态信息。 不同 Display 提供的信息各不相同，但通常都很直观。

内置 Display 类型

名称	描述	使用的消息
Axes	显示一组坐标轴
Effort	显示机器人每个旋转关节上的力矩（Effort）	sensor_msgs/msg/JointStates
Camera	从相机视角创建新的渲染窗口，并将图像叠加在上面	sensor_msgs/msg/Image, sensor_msgs/msg/CameraInfo
Grid	沿平面显示 2D 或 3D 网格
Grid Cells	绘制网格中的单元格，通常用于显示 navigation 导航栈代价地图中的障碍物	nav_msgs/msg/GridCells
Image	用 Image 创建新的渲染窗口。与 Camera Display 不同，此 Display 不使用 CameraInfo	sensor_msgs/msg/Image
InteractiveMarker	显示来自一个或多个 Interactive Marker 服务器的 3D 对象，并允许鼠标与其交互	visualization_msgs/msg/InteractiveMarker
Laser Scan	显示激光扫描数据，具有不同的渲染模式、累积等选项	sensor_msgs/msg/LaserScan
Map	在地面上显示地图	nav_msgs/msg/OccupancyGrid
Markers	允许通过话题显示任意基本形状	visualization_msgs/msg/Marker, visualization_msgs/msg/MarkerArray
Path	显示来自 navigation 导航栈的路径	nav_msgs/msg/Path
Point	将一个点绘制为一个小球体	geometry_msgs/msg/PointStamped
Pose	将位姿绘制为箭头或坐标轴	geometry_msgs/msg/PoseStamped
Pose Array	绘制一簇箭头，位姿数组中的每个位姿对应一个箭头	geometry_msgs/msg/PoseArray
Point Cloud（2）	显示点云数据，支持不同的渲染模式、累积等选项	sensor_msgs/msg/PointCloud, sensor_msgs/msg/PointCloud2
Polygon	以线条绘制多边形的轮廓	geometry_msgs/msg/Polygon
Odometry	随时间累积里程计位姿	nav_msgs/msg/Odometry
Range	用锥体显示声纳或红外测距传感器的测量范围（版本：Electric+）	sensor_msgs/msg/Range
RobotModel	按照当前 TF 变换定义的位姿显示机器人的可视化模型
TF	显示 tf2 变换层级
Wrench	将力螺旋绘制为箭头（力）和箭头加圆圈（力矩）	geometry_msgs/msg/WrenchStamped
Twist	将速度绘制为箭头（线速度）和箭头加圆圈（角速度）	geometry_msgs/msg/TwistStamped

配置（Configurations）

不同的使用场景通常需要不同的 Display 配置。 例如，适用于完整 PR2 机器人的配置未必适用于测试小车。 因此，RViz 允许你加载和保存不同的配置。

一个配置包含：

• Display 及其属性
• 工具属性
• 3D 可视化的视点和设置

Views（视图）面板

RViz 中有多种相机类型可供选择。

{/截图：相机类型/}

不同相机类型对应不同的操控方式和投影方式（正交投影 vs. 透视投影）。

轨道相机（Orbital Camera，默认）

轨道相机围绕一个焦点旋转，同时始终注视该焦点。 当你移动相机时，焦点显示为一个小圆盘：

{/截图：焦点显示/}

操作方式：

• 鼠标左键：点击并拖动以围绕焦点旋转。
• 鼠标中键：点击并拖动以在相机「向上」和「向右」方向所构成的平面内平移焦点。 移动的距离取决于焦点的位置——如果焦点上有物体且你恰好点中它，该物体会跟随鼠标移动。
• 鼠标右键：点击并拖动以放大/缩小焦点。 向上拖动放大，向下拖动缩小。
• 滚轮：放大/缩小焦点

FPS（第一人称）相机

FPS 相机是第一人称视角相机，旋转方式就像你在转头观察四周一样。

操作方式：

• 鼠标左键：点击并拖动以旋转。 按住 Ctrl 并点击可拾取鼠标下方的对象并直接看向它。
• 鼠标中键：点击并拖动以在相机「向上」和「向右」方向所构成的平面内平移。
• 鼠标右键：点击并拖动以沿相机前向方向移动。 向上拖动前进，向下拖动后退。
• 滚轮：前进/后退。

俯视正交视图（Top-down Orthographic）

俯视正交相机始终沿 Z 轴向下看（在机器人坐标系中）， 它是正交视图，意味着物体不会因为距离变远而变小。

操作方式：

• 鼠标左键：点击并拖动以围绕 Z 轴旋转。
• 鼠标中键：点击并拖动以沿 XY 平面移动相机。
• 鼠标右键：点击并拖动以缩放图像。
• 滚轮：缩放图像。

XY Orbit

与轨道相机相同，但焦点限制在 XY 平面上。

操作方式：

参见轨道相机。

第三人称跟随（Third Person Follower）

相机对目标坐标系保持恒定的视角。 与 XY Orbit 不同，当目标坐标系偏航（yaw）时，相机也会转动。 例如，当你对带拐角的走廊进行 3D 建图时，这可能会很方便。

操作方式：

参见轨道相机。

自定义视图

Views 面板还允许你创建不同的命名视图，这些视图会被保存并可以在它们之间切换。 一个视图由目标坐标系、相机类型和相机位姿组成。 你可以通过点击 Views 面板的 Save 按钮来保存视图。

{/截图：Views 面板/}

一个视图包含：

• 视图控制器类型
• 视图配置（位置、方向等；不同视图控制器类型可能不同）
• 目标坐标系（Target Frame）

视图按用户保存，不保存在配置文件中。

坐标系（Coordinate Frames）

RViz 使用 tf 变换系统将数据从其到达时的坐标系转换到全局参考坐标系。 在可视化工具中有两个坐标系需要了解：目标坐标系（Target Frame）和固定坐标系（Fixed Frame）。

固定坐标系（Fixed Frame）

两者中更重要的是固定坐标系。 固定坐标系是用来表示 world 坐标系的参考坐标系。 通常是 map 或 world 或类似的名称，但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为机器人的基座之类的坐标系，那么机器人看到过的所有物体都会出现在机器人前方，位置以检测到它们时的机器人位置为参照。 为了获得正确的结果，固定坐标系不应相对于世界移动。

如果你更改了固定坐标系，当前显示的所有数据将被清除而不是重新变换。

目标坐标系（Target Frame）

目标坐标系是相机视图的参考坐标系。 例如，如果你的目标坐标系是 map，你会看到机器人在地图上行驶。 如果你的目标坐标系是机器人基座，机器人会停在原地，而其他所有东西都会相对于它移动。

工具（Tools）

可视化工具的工具栏上有许多可用工具。 以下章节将简要介绍这些工具。 你可以在 Help -> Show Help panel 菜单下找到更多信息。

{/截图：工具栏/}

Interact（交互）

此工具允许你与可视化环境交互。 你可以点击对象，并根据其属性进行选择、移动等操作。

键盘快捷键：i

Move Camera（移动相机）

Move Camera 工具是默认工具。 选中此工具并在 3D 视图中点击时，视点会根据你在 Views 面板中选择的选项和相机类型而变化。 更多信息请参见前面的 Views Panel 章节。

键盘快捷键：m

Select（选择）

Select 工具允许你选择 3D 视图中显示的项目。 它支持单点选择以及点击/拖拽框选。 你可以用 Shift 键添加到选择中，用 Ctrl 键从选择中移除。 如果你想在选择时移动相机而不切换回 Move Camera 工具，可以按住 Alt 键。 f 键会将相机聚焦到当前选择上。

{/截图：选择高亮/}

{/截图：选中状态/}

键盘快捷键：s

Focus Camera（聚焦相机）

Focus Camera 工具允许你选择可视化工具中的一个位置。 相机会通过改变朝向（而不是位置）来聚焦该点。

键盘快捷键：c

Measure（测量）

使用测量工具可以测量可视化工具中两点之间的距离。 激活工具后的第一次点击设置起点，第二次点击设置终点。 测量距离将显示在 RViz 窗口底部。 但请注意，测量工具只对可视化工具中实际渲染的对象有效，你无法在空白空间使用它。

{/截图：测量工具/}

键盘快捷键：n

2D Pose Estimate（2D 位姿估计）

此工具允许你设置初始位姿来初始化定位系统（通过 initialpose ROS 话题发送）。 点击地面上的某个位置并拖动以选择方向。 输出话题可以在 Tool Properties 面板中更改。

{/截图：设置位姿/}

此工具与 navigation 导航栈配合使用。

键盘快捷键：p

2D Nav Goal（2D 导航目标）

此工具允许你设置一个目标，通过 goal_pose ROS 话题发送。 点击地面上的某个位置并拖动以选择方向。 输出话题可以在 Tool Properties 面板中更改。

此工具与 navigation 导航栈配合使用。

键盘快捷键：g

Publish Point（发布点）

Publish Point 工具允许你选择可视化工具中的一个对象， 工具会根据固定坐标系发布该点的坐标。 结果与测量工具一样显示在底部，同时也会发布到 clicked_point 话题上。

键盘快捷键：u

时间（Time）

Time 面板在仿真器中运行时最有用，你可以通过它查看已经过去了多少 ROS Time 和多少 Wall Clock（即真实）时间。 Time 面板还允许你重置可视化工具的内部时间状态，这会重置所有 Display 以及 tf 的内部数据缓存。

{/截图：Time 面板/}

如果你没有在仿真中运行，Time 面板基本无用。 在大多数情况下可以关闭它，你甚至可能不会察觉到，还能为 RViz 的其他部分腾出更多屏幕空间。