从零开始的VIO——Eigen和Sophus的安装配置

1. 前言

笔者最近开始学习深蓝学院的网课《从零开始手写VIO》，先前读过《视觉slam十四讲》以及《机器人学中的状态估计》两本书，光是里面的数学推导都感到非常吃力，实操更是一塌糊涂。所以也是趁着有些矩阵分析和李代数的基础，借助于《从零开始手写VIO》课程，正式步入视觉惯性里程计的学习和实践，分享在学习中遇到的问题和经验。对于VIO实践来说，所有的研究都是基于三维运动的姿态变化为重点，所以第一步需要安装的库就是Sophus。

2.概述

操作系统：Ubuntu16.04。
编译环境：VSCode，C++。关于VSCode的介绍和安装这里就不再赘述了，需要关注的是工程的配置文件中 .vscode/c_cpp_properties.json 的变量 includePath，在之后的研究中如果需要添加新库，则需要把那个库的路径添加在这个变量中。
Eigen库：矩阵库，可以进行线性代数、向量、矩阵等操作和运算的C++库。解压即可用，不需要使用cmake。
Sophus库：支持二维运动SO(2)、SE(2)，三维运动SO(3)、SE(3)等内容，是在Eigen库基础上的开发，分为模板类库和非模板类库，这里选择非模板类库。

3. Eigen和Sophus的安装

（1）矩阵Eigen

安装Eigen

sudo apt-get install libeigen3-dev

解压完成后确认Eigen的路径，可以把eigen-3.3.7中的Eigen文件夹单独复制出来，与eigen-3.3.7同一个路径下（方便写代码的时候直接使用“#include ”），把该路径添加进includePath。我的是 /usr/local/include/Eigen。如下图所示：

程序中添加Eigen的头文件测试，例如以下代码，没有报错即表示安装成功。

#include 
#include 

（2）李代数Sophus

通过以下命令下载非模板类的Sophus库：

git clone https://github.com/strasdat/Sophus.git

对Sophus进行编译（为了避免不必要的麻烦，最好执行最后一条安装命令）：

cd Sophus
git checkout a621ff
mkdir build
cd build
cmake ..
make
sudo make install

编译安装完成后会出现 /usr/local/include/sophus/ 下的各种头文件。同样把Sophus的路径添加进includePath。

可以用一个简单的例子Sophus.cpp验证：

#include 
#include 
#include "sophus/so3"

int main(){
	Eigen::Matrix3d R = Eigen::Matrix3d::Identity();
    Eigen::AngleAxisd rotation_vector(M_PI/4, Eigen::Vector3d(0,0,1));
    Sophus::Quaterniond q(R);

	return 0;
}

注意在编译这段代码时，不能简单的使用g++ Sophus.cpp -o Sophus进行编译，即便代码本身不会报错，但会提示Sophus未找到，是因为动态链接库libSophus.so未正确链接。所以有两种方式进行编译。

（3）编译

g++方式

使用以下命令：

g++ Sophus.cpp -l Sophus -o Sophus

这种方式看似简单只有一条命令，但一般不合适多数情况，试想如果有100个so文件需要连接，总不能每次编译都写那么长一串。。。

cmake方式

在要编译的cpp文件同级目录中新建文件CMakeLists.txt，编写这个文件，使之能自动寻找Sophus库的路径。以下是我写的一个CMakeLists.txt。

cmake_minimum_required( VERSION 2.8 )
PROJECT(DemoSophus)

FIND_PACKAGE(Sophus REQUIRED)

SET(CMAKE_EXPORT_COMPILE_COMMANDS ON)
SET(SOPHUS_INCLUDE_DIR /usr/local/include/sophus)
SET(EIGEN_INCLUDE_DIR /usr/local/include/eigen3)
SET(ALL_CODE_LIST Sophus.cpp)
SET(SOPHUS_LIBRARIES /usr/local/lib/libSophus.so)

MESSAGE(STATUS "This is binary dir: " ${DemoSophus_BINARY_DIR})
MESSAGE(STATUS "This is source dir: " ${DemoSophus_SOURCE_DIR})

INCLUDE_DIRECTORIES(${SOPHUS_INCLUDE_DIR})
ADD_EXECUTABLE(Sophus ${ALL_CODE_LIST})
TARGET_LINK_LIBRARIES(Sophus ${SOPHUS_LIBRARIES})

关于CMakeLists.txt如何编写我也是初学者，需要的话在网上可以很容易找到cmake的教程，这里只是一个很简单的例子。这里面的MESSAGE语句可以不用理会，只是为了输出提示信息。需要注意的只有SET语句，先自定义变量名（名字随意，之后这个名字就代表后面的路径），再把路径补全，请自行查看那些文件所对应的路径。接下来，用cmake编译就可以了。

mkdir build
cd build
cmake ..
make

最后，在build文件夹里，就会生成对应的可执行文件Sophus。

4. 结语

笔者最开始也只是知道有cmake这个方式可以进行编译，平常习惯用g++方式，遇到Sophus库的安装问题也是费了一些功夫，才对cmake稍有点理解，在此以这个简单的例子记录整个安装过程。以后需要编译的文件多了，就慢慢体会到cmake的方便之处。