RViz 配合 ROS 的用途與功能介紹

1. 什麼是 RViz？

RViz (ROS Visualization Tool) 是 ROS (Robot Operating System) 提供的一個 3D 視覺化工具，主要用於顯示機器人感測器數據、環境地圖、導航軌跡、機械手臂狀態等資訊。它可以幫助開發者即時監測機器人的運作狀態，並進行除錯與調試。

2. RViz 的用途

RViz 在 ROS 生態系統中主要負責 可視化，常見的用途包括：

✅ (1) 顯示機器人模型 (URDF / SDF)

可以載入機器人的 URDF (Unified Robot Description Format) 或 SDF (Simulation Description Format) 模型，顯示機器人的形狀、關節狀態及運動方式。
配合 robot_state_publisher 節點，能夠顯示機器人當前姿態。

📌 指令範例

bash
roslaunch my_robot_description display.launch

✅ (2) 視覺化感測器數據

可以顯示機器人的各種感測器數據，例如：

LIDAR / 雷射雷達 (sensor_msgs/LaserScan)
深度相機 (RGB-D Camera) (sensor_msgs/PointCloud2)
IMU (慣性測量單元) (sensor_msgs/Imu)
GPS 定位資訊 (sensor_msgs/NavSatFix)

📌 常見雷射雷達可視化

bash
rosrun rviz rviz

在 RViz 內 新增 LaserScan 類型，訂閱雷射雷達的 Topic，例如 /scan。

✅ (3) 機器人導航 (SLAM & Path Planning)

SLAM (同時定位與建圖)：可以顯示 map，以及即時建立環境地圖 (occupancy grid map)。
路徑規劃與導航：
- 可視化機器人的目標點 (Move Base Goal)
- 顯示局部與全局路徑 (Local Path & Global Path)
- 監控機器人避障狀態 (costmap)

📌 導航功能常見指令

bash
roslaunch turtlebot3_navigation turtlebot3_navigation.launch

在 RViz 內 新增 Map 類型，訂閱 /map 來顯示機器人的地圖。

✅ (4) 機械手臂運動規劃 (MoveIt!)

RViz 可以與 MoveIt! 搭配，顯示機械手臂的當前狀態、運動規劃軌跡 (Trajectory)，並透過互動方式來控制手臂移動。
可視化逆向運動學 (IK) 解算結果。

📌 MoveIt! 例子

bash
roslaunch panda_moveit_config demo.launch

在 RViz 內，開啟 MotionPlanning 外掛來控制手臂。

✅ (5) 機器人運動軌跡 (TF & Odometry)

TF (Transform Frames)：顯示機器人的座標變換，例如從 機器人基座 (base_link) 到 相機 (camera_link) 的相對位置。
Odom (里程計 / Odometry)：顯示機器人在世界座標中的位置 (/odom topic)。

📌 查看 TF 樹狀架構

bash
rosrun tf view_frames
evince frames.pdf

📌 在 RViz 顯示 TF

新增 "TF" 顯示類型
訂閱 /tf 主題

✅ (6) 自訂 3D 標記 (Markers)

視覺化自訂訊息，例如：
- 繪製路徑 (Line Strip)
- 顯示物件 (MeshResource)
- 標示文字 (Text View-Facing)
- 方向箭頭 (Arrow)

📌 自訂 RViz Markers

bash
rostopic pub /visualization_marker visualization_msgs/Marker '{...}'

在 RViz 內，新增 "Marker" 類型 訂閱 /visualization_marker。

3. RViz 的基本操作

(1) 啟動 RViz

bash
rosrun rviz rviz

或

bash
roslaunch rviz rviz.launch

(2) 重要的可視化元素

顯示類型	說明	需訂閱的 Topic
RobotModel	顯示機器人模型	`/robot_description`
TF	顯示座標變換	`/tf`
LaserScan	顯示雷射雷達數據	`/scan`
PointCloud2	顯示點雲 (3D Lidar)	`/points`
Odometry	顯示機器人位置	`/odom`
Path	顯示導航路徑	`/move_base/NavfnROS/plan`
Marker	顯示 3D 標記	`/visualization_marker`
Image	顯示相機影像	`/camera/image_raw`

4. RViz 進階應用

(1) 建立 RViz 配置檔 (`.rviz`)

可以儲存當前的 RViz 設定，以便下次開啟：

設定好視圖、座標、雷射雷達等顯示項目。
點選 File -> Save Config，存成 .rviz 檔案。
之後可以使用：

bash
rosrun rviz rviz -d my_config.rviz

(2) 自動啟動 RViz

可以建立一個 launch 檔案，讓 RViz 自動啟動：

xml
<launch>
    <node pkg="rviz" type="rviz" name="rviz" args="-d $(find my_robot_package)/config/my_config.rviz"/>
</launch>

執行：

bash
roslaunch my_robot_package my_rviz.launch

5. RViz vs Gazebo

功能	RViz	Gazebo
主要用途	可視化 ROS 資訊	物理模擬
機器人模型	只能顯示	可模擬運動
感測器數據	可視化雷射、相機等	提供真實感測器模擬
導航 (SLAM)	顯示地圖與路徑	無法執行
與 MoveIt! 搭配	是	也可以

6. 結論

✅ RViz 是 ROS 的重要視覺化工具，能夠幫助開發者監控機器人狀態、感測數據、導航資訊，並進行調試。
✅ 主要應用包括 機器人模型顯示、LIDAR 感測、SLAM、導航、運動規劃、TF 變換等。
✅ 可透過 .rviz 檔案 儲存與載入配置，並且能夠與 MoveIt!、SLAM、導航系統整合。
✅ 不具備物理模擬能力，如需物理模擬請搭配 Gazebo。

💡 建議：使用 RViz 進行即時監控，Gazebo 進行模擬測試，兩者搭配能發揮最大效益！🚀

廖恆德 Handel Working Spece

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2025年2月3日星期一