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2025年3月20日 星期四

SLAM（同時定位與建圖，Simultaneous Localization and Mapping）基礎技術

 開發視覺導航與 GR00T-Mobility時，SLAM（同時定位與建圖，Simultaneous Localization and Mapping）是一個非常關鍵的基礎技術。

🧭 SLAM 是什麼？

SLAM 的目標是在未知環境中讓機器人能夠：

  1. 建構地圖（Mapping）：建立周圍空間的結構
  2. 知道自己在哪（Localization）：即時推估自身在地圖的位置

這就像人走進一棟沒去過的建築，要一邊畫地圖，一邊知道自己位置在哪。

📦 SLAM 常見分類與工具

類型特點常用工具/演算法
視覺 SLAM (vSLAM)使用相機畫面做定位與建圖ORB-SLAM3, DSO, LSD-SLAM
LiDAR SLAM使用雷射雷達建圖Cartographer, LIO-SAM
RGB-D SLAM使用 RGB+深度相機（如 Realsense）RTAB-Map, ElasticFusion
多感測器融合 SLAM相機 + IMU + LiDARVINS-Fusion, Kimera

🔧 主流 SLAM 工具介紹與選擇建議（含 ROS 相容性）

1. ORB-SLAM3 🚀（超熱門）

✅ 適用於：

  • 嵌入式裝置（如 Jetson）
  • 單純用相機來做定位的場景（可結合 Cosmos 影片）

2. RTAB-Map（可視化功能強、適合研究與原型）

  • 支援 RGB-D / stereo / LiDAR
  • 內建 UI 視覺化界面（可看到地圖、位置）

開源連結：https://github.com/introlab/rtabmap

✅ 適用於：

  • 快速測試
  • ROS 開發環境
  • 模擬或真實相機開發者

3. Cartographer（Google 開源）

  • 高精度 2D / 3D SLAM
  • 常用於機器人 LiDAR 導航

開源連結：https://github.com/cartographer-project/cartographer

✅ 適用於：

  • 移動機器人
  • 需要高品質 LiDAR 建圖的場景

📋 SLAM 開發與操作流程（視覺 SLAM 為例）

▶️ Step 1：準備感測器

  • 相機：RGB、stereo、RGB-D、IMU（若有）
  • 可用 Intel Realsense、ZED、D435、手機鏡頭等
  • 若用影片檔，也可轉成影格當 input（Cosmos 可幫忙壓縮）

▶️ Step 2：選定 SLAM 工具

以 ORB-SLAM3 為例，你要：

bash
git clone https://github.com/UZ-SLAMLab/ORB_SLAM3
cd ORB_SLAM3
bash build.sh

▶️ Step 3：準備設定與資料輸入

你需要：

  • 相機內參（intrinsics）
  • 配套配置檔（設定相機頻率、解析度）
  • 可讀的圖片或影像串流（實體相機或 rosbag 檔案）

範例：

bash
./Examples/Monocular/mono_tum Vocabulary/ORBvoc.txt Examples/Monocular/TUM1.yaml rgb.txt

▶️ Step 4：可視化與輸出

  • 建立地圖後可以匯出為點雲 .ply、軌跡 .txt
  • 可結合 ROS 進行 real-time 可視化（rqt, RViz）

🧪 Isaac Sim / Omniverse 與 SLAM 整合？

在 NVIDIA Isaac Lab 中也可執行 SLAM：

  1. 使用模擬相機作為視覺感測器
  2. 匯出影像串流（或直接在 ROS 介面中轉發）
  3. 使用 SLAM 模組（如 ORB-SLAM3）實作人形機器人即時定位與地圖建構

🎯 小結：選擇建議

你要的功能推薦工具
單眼相機 + 小模型ORB-SLAM3
RGB-D 相機，有介面需求RTAB-Map
LiDAR 機器人地圖建構Cartographer
想用影片資料實驗 SLAMCosmos + ORB-SLAM3
搭 ROS 開發RTAB-Map / VINS-Fusion
GPU 訓練 / 模擬Isaac Sim + ROS2 + 自建 SLAM

如果你告訴我你目前的感測器（例如：實體相機？影片？使用 Isaac 模擬器？）

我可以幫你寫出完整的 SLAM 範例操作流程或 Docker/ROS 啟動腳本。你有想先試哪一種嗎？

還是我先幫你做一份 ORB-SLAM3 的 minimal demo？


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