ROS 2边学边练（51）-- 构建自定义（消息类型）RViz显示项

前言

       一俩礼拜没有更新了，今天突然发现ROS 2突然有了新版本了，名为Jazzy，这更新速度与Qt有的一比。这么长时间没更新呢，一来工作上来活了，没那么多时间来继续ROS这块，二来，人懈怠了一点，见谅见谅。此篇为ROS 2中阶教程的最后一篇，博主没有实操，所贴图均为官方提供，所以整体而言，内容质量及流畅度都较差。对于对这块有需求的同学，最好还是动手跟着示例过一遍，本文只作一点点参考。

       当我们需要在RViz中显示一种新的消息类型数据时，RViz可能并不能直接支持显示这些数据，目前有两种方法可以完成我们的目标：

  1. 转换消息类型，比如visualization_msgs/Marker
  2. 编写一个自定义显示项

         第一种，会消耗比较多的网络数据来展现我们的数据，很灵活，但支持的类型有限，第二种就是我们今天需要了解的，虽然前期会麻烦一点点，但是支持的类型及功能比第一种强大。

        本教程的所有代码都可以在这个仓库中找到。为了查看本教程中编写的插件的逐步进展，这个仓库有不同的分支（step2, step3…），你可以随着教程的进度，逐个编译并运行这些分支。 

动动手 

Point2D消息

        我们将使用rviz_plugin_tutorial_msgs包中定义的一个示例消息进行操作：Point2D.msg：

std_msgs/Header header
float64 x
float64 y
基础插件模板

        做好准备，这里有很多代码。我们可以通过名为“step1”的分支查看这段代码的完整版本。

头文件

point_display.hpp

#ifndef RVIZ_PLUGIN_TUTORIAL__POINT_DISPLAY_HPP_
#define RVIZ_PLUGIN_TUTORIAL__POINT_DISPLAY_HPP_#include <rviz_common/message_filter_display.hpp>
#include <rviz_plugin_tutorial_msgs/msg/point2_d.hpp>namespace rviz_plugin_tutorial
{
class PointDisplay: public rviz_common::MessageFilterDisplay<rviz_plugin_tutorial_msgs::msg::Point2D>
{Q_OBJECTprotected:void processMessage(const rviz_plugin_tutorial_msgs::msg::Point2D::ConstSharedPtr msg) override;
};
}  // namespace rviz_plugin_tutorial#endif  // RVIZ_PLUGIN_TUTORIAL__POINT_DISPLAY_HPP_
  • 我们正在实现MessageFilterDisplay类，这个类可以与任何包含std_msgs/Header的消息一起使用。
  • 该类是一个模板类，它被特化为处理Point2D消息类型。
  • 由于本教程范围之外的原因，我们需要在代码中包含Q_OBJECT宏，以确保Qt图形用户界面（GUI）的相关部分能够正常工作(还有信号槽等机制)。
  • processMessage是我们需要在后面的cpp文件中实现的唯一函数。
源文件

process_display.cpp

#include <rviz_plugin_tutorial/point_display.hpp>
#include <rviz_common/logging.hpp>namespace rviz_plugin_tutorial
{
void PointDisplay::processMessage(const rviz_plugin_tutorial_msgs::msg::Point2D::ConstSharedPtr msg)
{RVIZ_COMMON_LOG_INFO_STREAM("We got a message with frame " << msg->header.frame_id);
}
}  // namespace rviz_plugin_tutorial#include <pluginlib/class_list_macros.hpp>
PLUGINLIB_EXPORT_CLASS(rviz_plugin_tutorial::PointDisplay, rviz_common::Display)
  • 函数中的日志记录并不是必须的，但它可以帮助我们调试。
  • 为了让RViz能够找到我们的插件，我们需要在代码中包含这个PLUGINLIB的声明（以及下面提到的其他内容）。
package.xml 

        我们需要在package.xml中添加以下3个依赖项：

<depend>pluginlib</depend>
<depend>rviz_common</depend>
<depend>rviz_plugin_tutorial_msgs</depend>
rviz_common_plugins.xml
<library path="point_display"><class type="rviz_plugin_tutorial::PointDisplay" base_class_type="rviz_common::Display"><description></description></class>
</library>

        以上是标准的pluginlib代码：

  • 库路径（library path）是我们在CMake中分配给库的名称。
  • 该类应该与上面提到的PLUGINLIB声明相匹配。
CMakelists.txt 

        将下面代码添加到标准模板文件的最上面。

find_package(ament_cmake_ros REQUIRED)
find_package(pluginlib REQUIRED)
find_package(rviz_common REQUIRED)
find_package(rviz_plugin_tutorial_msgs REQUIRED)set(CMAKE_AUTOMOC ON)
qt5_wrap_cpp(MOC_FILESinclude/rviz_plugin_tutorial/point_display.hpp
)add_library(point_display src/point_display.cpp ${MOC_FILES})
target_include_directories(point_display PUBLIC$<BUILD_INTERFACE:${CMAKE_CURRENT_SOURCE_DIR}/include>$<INSTALL_INTERFACE:include>
)
ament_target_dependencies(point_displaypluginlibrviz_commonrviz_plugin_tutorial_msgs
)
install(TARGETS point_displayEXPORT export_rviz_plugin_tutorialARCHIVE DESTINATION libLIBRARY DESTINATION libRUNTIME DESTINATION bin
)
install(DIRECTORY include/DESTINATION include
)
install(FILES rviz_common_plugins.xmlDESTINATION share/${PROJECT_NAME}
)
ament_export_include_directories(include)
ament_export_targets(export_rviz_plugin_tutorial)
pluginlib_export_plugin_description_file(rviz_common rviz_common_plugins.xml)

        为了生成正确的Qt文件，我们需要：

  •         打开CMAKE_AOTOMOC宏
  •         通过调用qt5_wrap_cpp对每个包含Q_OBJECT的头文件进行包装。
  •         将MOC_FILES与其他cpp文件一起包含在库中。

        请注意，如果我们不包装头文件，则在运行时尝试加载插件时可能会收到错误消息，如下所示： 

[rviz2]: PluginlibFactory: The plugin for class 'rviz_plugin_tutorial::PointDisplay' failed to load. Error: Failed to load library /home/ros/ros2_ws/install/rviz_plugin_tutorial/lib/libpoint_display.so. Make sure that you are calling the PLUGINLIB_EXPORT_CLASS macro in the library code, and that names are consistent between this macro and your XML. Error string: Could not load library LoadLibrary error: /home/ros/ros2_ws/install/rviz_plugin_tutorial/lib/libpoint_display.so: undefined symbol: _ZTVN20rviz_plugin_tutorial12PointDisplayE, at /tmp/binarydeb/ros-foxy-rcutils-1.1.4/src/shared_library.c:84
测试一下

        编译代码并运行rviz2。应该可以通过单击左下角的“添加”，然后选择您的包/插件来添加新插件。

        最初，显示器将处于错误状态，因为我们尚未分配主题。

        如果我们设置好主题/point，它会加载成功，但依然不会显示如何内容。

        我们可以来按照下面的命令来发布消息。

$ros2 topic pub /point rviz_plugin_tutorial_msgs/msg/Point2D "{header: {frame_id: map}, x: 1, y: 2}" -r 0.5

        最终我们会在RViz的输出窗口看到“We got a message”这条打印语句。

可视化

        我们可以在本文最上面提到的仓库连接中的step2中看到所有步骤。

        首先，我们需要在rviz_rendering包的CMakeLists.txt和package.xml中添加一个依赖项。

        我们需要在头文件增加3行内容。

  •         #include＜rviz_rendering/objects/shape.hpp＞-在rviz_redering包中有很多用于构建可视化的对象的选项。这里我们使用一个简单的形状。
  •         在类中，我们将添加一个新的protected的虚函数：void onInitialize（）override；
  •         我们还添加了一个指向形状对象的指针：std:：unique_ptr<rviz_rendering:：shape>point_shape_；

        然后在cpp文件中，我们定义onInitialize()函数：

void PointDisplay::onInitialize()
{MFDClass::onInitialize();point_shape_ =std::make_unique<rviz_rendering::Shape>(rviz_rendering::Shape::Type::Cube, scene_manager_,scene_node_);
}
  • MFDClass 被别名为（或称为“引用”于）其模板化的父类，以便于使用。
  • 形状对象必须在这里的 onInitialize 方法中构造，而不是在构造函数中，因为如果不在这里构造，scene_manager_ 和 scene_node_ 可能还没有准备好。

        我们同样需要更新processMessage函数：

void PointDisplay::processMessage(const rviz_plugin_tutorial_msgs::msg::Point2D::ConstSharedPtr msg)
{RVIZ_COMMON_LOG_INFO_STREAM("We got a message with frame " << msg->header.frame_id);Ogre::Vector3 position;Ogre::Quaternion orientation;if (!context_->getFrameManager()->getTransform(msg->header, position, orientation)) {RVIZ_COMMON_LOG_DEBUG_STREAM("Error transforming from frame '" << msg->header.frame_id <<"' to frame '" << qPrintable(fixed_frame_) << "'");}scene_node_->setPosition(position);scene_node_->setOrientation(orientation);Ogre::Vector3 point_pos;point_pos.x = msg->x;point_pos.y = msg->y;point_shape_->setPosition(point_pos);
}
  • 我们需要为我们的消息获取适当的帧（坐标系），并相应地转换scene_node_。这样可以确保可视化不会总是相对于固定的帧（坐标系）出现。
  • 我们一直在构建的实际可视化效果在最后四行代码中实现：我们将可视化的位置设置为与消息中的位置相匹配。

        结果如下所示。

        如果盒子没有出现在那个位置，可能原因有：

  • 没有发布主题消息。
  • 该消息在过去的2秒内未发布。
  • 没有在RViz中正确设置主题。

其他选项 

        如果我们想让用户自定义可视化的不同属性，则需要添加rviz_common::Property对象（仓库中的step3）。

更新头文件

        要包含颜色属性的头文件，我们应该添加 #include <rviz_common/properties/color_property.hpp>。颜色只是可以设置的众多属性之一。

        添加updateStyle的原型，该函数在通过Qt的SIGNAL/SLOT（信号/槽）框架更改GUI时被调用：

private Q_SLOTS:void updateStyle();

        添加一个新的属性来存储该属性本身：

std::unique_ptr<rviz_common::properties::ColorProperty> color_property_;
更新cpp文件
  • #include <rviz_common/properties/parse_color.hpp> - 包含辅助函数，用于将属性转换为OGRE颜色。
  • 在onInitialize函数中添加如下内容：
  • color_property_ = std::make_unique<rviz_common::properties::ColorProperty>("Point Color", QColor(36, 64, 142), "Color to draw the point.", this, SLOT(updateStyle()));
updateStyle();
  • 这个对象是通过提供其名称、默认值、描述和一个回调函数来构造的。这些参数定义了对象的初始状态和行为。
  • 我们直接调用updateStyle方法，以便在属性被改变之前甚至在开始时就设置颜色。
  • 我们定义这个回调函数：
void PointDisplay::updateStyle()
{Ogre::ColourValue color = rviz_common::properties::qtToOgre(color_property_->getColor());point_shape_->setColor(color);
}

         最终结果如下图所示。

        再换个粉色试试。

状态报告 

         我们同样可以在RViz里显示一些状态（仓库的step4）的信息，比如当x值为负时，我们就发出状态消息。在processMessage函数中添加：

if (msg->x < 0) {setStatus(StatusProperty::Warn, "Message","I will complain about points with negative x values.");
} else {setStatus(StatusProperty::Ok, "Message", "OK");
}
  • 我们假设之前已经有了一个rviz_common::properties::StatusProperty的声明。
  • 可以将状态视为键值对，其中键是某个字符串（在这里我们使用"Message"），而值则是状态级别（错误/警告/正常）和描述（另一个字符串）。

精简 

        现在是时候稍微精简一些内容了。这样做可以让事情看起来更整洁，使用起来也更方便一些，但这不是严格必需的（仓库step5）。

        首先，我们更新下插件声明：

<library path="point_display"><class name="Point2D" type="rviz_plugin_tutorial::PointDisplay" base_class_type="rviz_common::Display"><description>Tutorial to display a point</description><message_type>rviz_plugin_tutorial_msgs/msg/Point2D</message_type></class>
</library>
  • 我们向类标签中添加了一个名称字段。这会改变在RViz中显示的名称。在代码中，我们称之为PointDisplay是有意义的，但在RViz中，我们希望简化这个名称。
  • 我们在描述中加入了实际的文本。不要偷懒。
  • 通过在这里声明特定的消息类型，当你尝试通过主题添加显示时，它将会为这种类型的主题建议这个插件。

        我们还为插件在icons/classes/目录下添加了一个图标文件Point2D.png。这个文件夹是硬编码的，并且文件名应该与插件声明中的名称相匹配（如果未指定，则与类的名称相匹配）[图标源]。 

        CMakelists.txt中添加如下内容以安装该图标文件：

install(FILES icons/classes/Point2D.pngDESTINATION share/${PROJECT_NAME}/icons/classes
)

        做完以上工作，我们再来添加显示项的时候，就会看到该显示项有个对应的图标和描述在了。

        当想通过主题方式添加时，大家能看到也有对应的图标了。

        最终，标准主界面上也有个一样的图标存在了。

        需要注意的是，如果我们更改了插件的名称，之前的RViz配置将不再起效。

本篇完。 

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