Cartographer源码理解

一、前言

最近一个半月，利用空余时间对Cartographer源码进行了简单的阅读，在这里做了个简单梳理，和大家分享交流。

cartographer源码量其实是有点大的，逐行逐句去解释实在是有心无力了，而且已经有大佬做了类似的事情，后面链接中给大家分享出来，所以这里只表达我的理解和想法，如有理解偏差，感谢指正！

二、demo视频

老规矩，先看仿真视频。

三、源码梳理

面对这么大的项目工程，如何下手阅读也是让我这个小白所头疼的，毕竟我是做导航的，所以前两个星期基本都在梳理框架，先搞清楚数据是怎么流转的，核心对象是如何一步步构造的，在这个基础上再去看细节才会有全局思维。

为了方便，carto团队适配了ros的消息收发机制，这里我们也以ros_cartographer来理解，废话不多说，直接看下图，源码中的demo主函数在 node_main.cc 中，一上来就构造了核心的建图器 MapBuilder，这个建图器包含了前端（子图构建）和后端（闭环检测），然后用这个建图器（指针）构造了Carto的核心node，即 node.cc 文件中，在node构造的过程中，主要做了两件事情，第一件事情是声明了Sub、Pub、Serv等用于数据的传输；第二件事情是创建了MapBuilderBridge对象，顾名思义，它承担了ROS-Message到Carto-Message的消息转换（SensorBridge）及使用转换的数据构建地图（slam过程，即MapBuilder）。
到这，是不是思路清晰了。可以大致分成两条线索去深究，第一是SensorBridge如何实现消息转换，第二是MapBuilder如何工作。

在有了前面的基础上，我们进一步去探究，梳理下核心功能的调用实现。


看到这里，应该会对整个框架有系统性的了解，在此我惊叹carto框架的巧妙！

为了弄明白数据的流转，下面我解释几个地方：
1、demo中从 FLAGS_start_trajectory_with_default_topics接口进入（rosbag play 发布的传感器数据），而不是FLAGS_load_state_filename

2、demo中使用的是 ros::spin()被动的接收topic，或者说纯粹的接收topic，起到阻塞线程的作用，如果topic不接收或者不发布了，它会在自己的函数中死循环，直到主动结束程序或者有topic进来。还有一个是类似的函数是ros::spinOnce()，它可以根据自己的需求设置接收频率，一般配合while使用，会更加主动灵活。可以参考链接https://blog.csdn.net/weixin_40215443/article/details/103793316

3、node构造函数中创建了pub（通过定时器定时调用发布相关话题）、service等，在构造的过程中指定了定时运行的时间。

4、配置文件主要在 backpack_2d.lua 中，顺藤摸瓜include “map_builder.lua”、include “trajectory_builder.lua”

5、前端的核心函数是ScanMatch（local_trajectory_builder_2d.cc），里面主要做了两个核心的事情，
第一个是： scan_matching::RealTimeCorrelativeScanMatcher2D real_time_correlative_scan_matcher_;
主要为 ceres优化 提供更好的先验信息（此时的激光数据已经去畸变）
第二个是：scan_matching::CeresScanMatcher2D ceres_scan_matcher_; 使用Ceres库将扫描数据放置到地图中进行匹配，即图优化的过程。

这里我不做算法的详细推导：原因是还没有足够的时间理解底层核心，后面会继续探究再进行分享。

四、源码注释及好的文章

1、源码注释：https://github.com/lijun-mce/cartographer-detailed-comments
2、推荐文章：https://gaoyichao.com/Xiaotu/?book=Cartographer%E6%BA%90%E7%A0%81%E8%A7%A3%E8%AF%BB&title=index

五、配置仿真环境踩坑

刚开始用的是 ubuntu22.04 +ros2(humble) 环境，发现了ros2 bag 无法播放的问题（ros中是.bag格式，ros2中是.db3格式，开源包中的德意志博物馆是ros的.bag格式），网上有部分资料说可以进行转换，我折腾了很久很久，不行，放弃了，如果你们不信可以试试。
推荐这篇文章：https://blog.csdn.net/lgh1231/article/details/124939760，可以很快的配置cartographer,建议使用源码的方式进行编译安装。

ros2不行，然后我就安装 ubuntu18.04 +ros(melodic) 环境
推荐这篇文章：https://blog.csdn.net/weixin_44362628/article/details/122540297，可以很快进行配置，在编译的过程中碰到找不到lua库的问题，可能是由于ros版本的问题，可以试试这两个命令。
sudo apt-get install lua5.3-dev
sudo apt-get install lua5.3

争取早点和大家分享 ceres图优化的过程！