Docker与ROS可视化（RViz）

提示：文章写完后，目录可以自动生成，如何生成可参考右边的帮助文档

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前言

本文主要解决三个问题：1.Docker中构建ROS环境；2.Docker内ROS与外部ROS通信；3.Docker内的可视化，例如开启RViz。
本文操作基于Ubuntu18.04环境，Docker20.10.7版本，构建Docker的Ubuntu16.04环境。

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一、Docker中构建ROS环境

Docker构建镜像的方式有两种，一种从终端pull已有的镜像，即其他人上传过的镜像；另一种则是通过Dockerfile构建镜像，这是本文选择的方式。

如果你有一定的Docker学习基础，那么对Dockerfile一定不陌生。Dockerfile是一个具备简单语法的、用户可自由配置的Docker镜像构建脚本。它的好处是用户可以根据自己的需求进行定制，类似于在一个全新的系统下进行环境配置。当目录下存在Dockerfile时，在该目录下开启终端执行如下命令，Docker会依据Dockerfile写入的内容进行镜像定制。
docker build -t [image_name] .

使用Dockerfile构建ROS环境，有两种选择：

1. 通过FROM指令选取一个集成了ROS的镜像，例如osrf/ros:kinetic-desktop-full，然后在文本中更换软件源、安装其他所需库等操作，完整版见[github]。

FROM osrf/ros:kinetic-desktop-full

RUN apt-get update && apt-get install -y sudo && rm -rf /var/lib/apt/lists/*

# 编辑sources.list，使用国内软件源
# 根据自己需求安装一些linux工具，如ping、tftp、htop、vim
RUN cp /etc/apt/sources.list /etc/apt/sources.list.bak && \
    sed -i 's/archive.ubuntu.com/mirrors.aliyun.com/g' /etc/apt/sources.list && \
    sed -i 's/security.ubuntu.com/mirrors.aliyun.com/g' /etc/apt/sources.list && \
    apt-get update && \
    apt-get upgrade -y && \
    apt-get install -y iputils-ping tftp lsb-core htop && \
    apt-get install mlocate && \
    apt-get install -y vim && \
    apt-get -y update --fix-missing && \
    apt-get clean
 
RUN apt-get update -y && \ 
    apt-get install -y dbus && \ 
    rm -rf /var/lib/apt/lists/*

CMD ["/bin/bash"]

2. FROM基本的系统镜像，自己安装ROS。其中USER指定用户，WORKDIR指定进入Docker后的工作目录。完整版见[github]。

FROM nvidia/cudagl:9.0-base-ubuntu16.04

#user
ENV THIS_USER=robot
ENV WORK_DIR=/home/$THIS_USER
# 添加用户
RUN useradd -m $THIS_USER && echo "$THIS_USER:$THIS_USER" | chpasswd && adduser $THIS_USER sudo

# 编辑sources.list，使用国内软件源
# 根据自己需求安装一些linux工具，如ping、tftp、htop、vim
RUN cp /etc/apt/sources.list /etc/apt/sources.list.bak && \
    sed -i 's/archive.ubuntu.com/mirrors.aliyun.com/g' /etc/apt/sources.list && \
    sed -i 's/security.ubuntu.com/mirrors.aliyun.com/g' /etc/apt/sources.list && \
    apt-get update && \
    apt-get upgrade -y && \
    apt-get install -y iputils-ping tftp lsb-core htop && \
    apt-get install mlocate && \
    apt-get install -y vim && \
    sudo apt-get install libedit-dev && \
    apt-get -y update --fix-missing && \
    apt-get clean
 
RUN apt-get update -y && \ 
    apt-get install -y dbus && \ 
    rm -rf /var/lib/apt/lists/*

# 安装ros-kinetic
RUN sh -c '. /etc/lsb-release && echo "deb http://mirrors.tuna.tsinghua.edu.cn/ros/ubuntu/ $DISTRIB_CODENAME main" > /etc/apt/sources.list.d/ros-latest.list' && \
    apt-key adv --keyserver 'hkp://keyserver.ubuntu.com:80' --recv-key C1CF6E31E6BADE8868B172B4F42ED6FBAB17C654 && \
    apt-get -y update && \
    apt-get -y install ros-kinetic-desktop-full --allow-unauthenticated && \
    apt-get -y install ros-kinetic-turtlesim --allow-unauthenticated && \
    echo "source /opt/ros/kinetic/setup.bash" >> /home/$THIS_USER/.bashrc && \
    apt-get -y install python-rosinstall python-rosinstall-generator python-wstool build-essential libblas-dev liblapack-dev --allow-unauthenticated && \
    apt-get -y update --fix-missing && \
    apt-get clean

USER $THIS_USER
WORKDIR $WORK_DIR
CMD ["/bin/bash", "-c", "source /opt/ros/kinetic/setup.bash"]

二、Docker内ROS与主机ROS通信

如题目所述，容器内的ROS和主机的ROS是可以直接通信的，但是打开方式需要增加“–net=host”字段已完成内外交互。给出一个启动容器的脚本，完整版见[github]。

CONTAINER_NAME="container_name"
IMAGE_NAME="image_name"
SHARED_DIR="shared_dir"
XSOCK=/tmp/.X11-unix
XAUTH=/tmp/.docker.xauth
if [ ! -f $XAUTH ]
then
    xauth_list=$(xauth nlist :0 | sed -e 's/^..../ffff/')
    if [ ! -z "$xauth_list" ]
    then
        echo $xauth_list | xauth -f $XAUTH nmerge -
    else
        touch $XAUTH
    fi
    chmod a+r $XAUTH
fi

docker run -it \
    --env="DISPLAY=$DISPLAY" \
    --env="QT_X11_NO_MITSHM=1" \
    --volume="$XSOCK:$XSOCK:rw" \
    --env="XAUTHORITY=$XAUTH" \
    --volume="$XAUTH:$XAUTH" \
    --net=host \
    --runtime=nvidia \
    --volume="$SHARED_DIR:$SHARED_DIR" \
    --name=$CONTAINER_NAME \
    $IMAGE_NAME \
    bash

“docker run”的命令就是启动容器的命令，用脚本写出来可以很方便的更改参数。“CONTAINER_NAME”、“IMAGE_NAME”、“SHARED_DIR”可以自行设置。

既然可以通信，那么意味着在docker内运行的ROS程序，可以接收主机上的传感器数据（例如播放bag），且运行结果可以通过主机上开启的RViz显示，这种方式可以简单地完成ROS可视化需求。

注意，添加完后启动的docker不再包含容器id，而以主机名代替，例如：

但是这时候在Docker里打开RViz会报错，类似于

[ INFO] [1539052958.662758017]: rviz version x.x.x
[ INFO] [1539052958.662820468]: compiled against Qt version x.x.x
[ INFO] [1539052958.662838215]: compiled against OGRE version x.x.x (Ghadamon)
libGL error: No matching fbConfigs or visuals found
libGL error: failed to load driver: swrast
Could not initialize OpenGL for RasterGLSurface, reverting to RasterSurface.
libGL error: No matching fbConfigs or visuals found
libGL error: failed to load driver: swrast
Segmentation fault (core dumped)

这个问题接下来解决。

三、Docker内开启RViz

首先，Docker内部运行RViz有几个问题：

1.OpenGL

RViz和Gazabo的运行需要OpenGL。

2.nvidia-docker

Docker内部使用nvidia需要nvidia-docker，但Docker20以上不需要单独安装nvidia-docker（如果要安装还有1、2的区别）。

3.libglvnd

libglvnd需要在镜像里安装以获取openGL。ROS melodic以上的版本自带libglvnd，更老的版本则需自行安装libglvnd（有可选镜像，例如https://gitlab.com/nvidia/container-images/opengl/blob/ubuntu16.04/glvnd/runtime/Dockerfile）。本文中目的是构建Ubuntu16.04的镜像，因此需要自行安装libglvnd。

这里偷个懒，选择已经集成了opengl相关内容的镜像nvidia/cudagl:9.0-base-ubuntu16.04作为FROM源，然后增加显示相关的设置，Dockerfile如下，完整版见[github]。

FROM nvidia/cudagl:9.0-base-ubuntu16.04

ENV UBUNTU_RELEASE=xenial
# user
ENV THIS_USER=robot
ENV WORK_DIR=/home/$THIS_USER

# RViz显示
ENV NVIDIA_VISIBLE_DEVICES \
    ${NVIDIA_VISIBLE_DEVICES:-all}
ENV NVIDIA_DRIVER_CAPABILITIES \
    ${NVIDIA_DRIVER_CAPABILITIES:+$NVIDIA_DRIVER_CAPABILITIES,}graphics

RUN apt-get update && apt-get install -y sudo && rm -rf /var/lib/apt/lists/*

# 添加用户
RUN useradd -m $THIS_USER && echo "$THIS_USER:$THIS_USER" | chpasswd && adduser $THIS_USER sudo

# 编辑sources.list，使用国内软件源
# 根据自己需求安装一些linux工具，如ping、tftp、htop、vim
RUN cp /etc/apt/sources.list /etc/apt/sources.list.bak && \
    sed -i 's/archive.ubuntu.com/mirrors.aliyun.com/g' /etc/apt/sources.list && \
    sed -i 's/security.ubuntu.com/mirrors.aliyun.com/g' /etc/apt/sources.list && \
    apt-get update && \
    apt-get upgrade -y && \
    apt-get install -y iputils-ping tftp lsb-core htop && \
    apt-get install mlocate && \
    apt-get install -y vim && \
    sudo apt-get install libedit-dev && \
    apt-get clean
 
RUN apt-get update -y && \ 
    apt-get install -y dbus && \ 
    rm -rf /var/lib/apt/lists/*

# 安装ros-kinetic
RUN sh -c '. /etc/lsb-release && echo "deb http://mirrors.tuna.tsinghua.edu.cn/ros/ubuntu/ $DISTRIB_CODENAME main" > /etc/apt/sources.list.d/ros-latest.list' && \
    apt-key adv --keyserver 'hkp://keyserver.ubuntu.com:80' --recv-key C1CF6E31E6BADE8868B172B4F42ED6FBAB17C654 && \
    apt-get -y update && \
    apt-get -y install ros-kinetic-desktop-full --allow-unauthenticated && \
    apt-get -y install ros-kinetic-turtlesim --allow-unauthenticated && \
    echo "source /opt/ros/kinetic/setup.bash" >> /home/$THIS_USER/.bashrc && \
    apt-get -y install python-rosinstall python-rosinstall-generator python-wstool build-essential libblas-dev liblapack-dev --allow-unauthenticated && \
    apt-get -y update --fix-missing && \
    apt-get clean

USER $THIS_USER
WORKDIR $WORK_DIR
CMD ["/bin/bash", "-c", "source /opt/ros/kinetic/setup.bash"]

四、其他

通过VNC也是很方便的方式，基于已有的镜像，例如：jacka654321/ubuntu-desktop-lxde-vnc:xenial-ros，通过端口映射到主机，然后从网页里访问Docker容器内部。

有些人选择将主机的nvidia映射到Docker来使用，但是我的主系统Ubuntu18而镜像是Ubuntu16，估计库不兼容，遂放弃。

提供一些资料：
[1] http://wiki.ros.org/docker/Tutorials/GUI: ROS官方对Docker使用GUI的说明
[2] https://answers.ros.org/question/300113/docker-how-to-use-rviz-and-gazebo-from-a-container/: Docker的RViz显示问答.
[3] https://github.com/k-nish/docker_vnc_ros2: VNC
[4] https://github.com/ros-visualization/rviz/issues/1170, nvidia/cudagl:9.0-base-ubuntu16.04

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总结

以上就是今天要记录的内容，希望能为看到这里的你解决遇到的问题。