高翔老師SLAM十四講
阿新 • • 發佈：2018-12-18
1. 虛擬機器下安裝ubuntu
| 第一步： | 安裝VMware，並自己找個註冊號啟用 |
|---|---|
| 第二步： | 建立虛擬機器，安裝Ubuntu。一篇安裝教程 【注意安裝時斷網以防止安裝中更新】 |
| 第三步： | 設定軟體源——圖形介面配置方法【系統工具>軟體更新】基本完成，可以看下面操作了 |
| 第四步： | 安裝open-vm-tools，一方面可以全屏顯示（無黑邊），另一方面可以和windows直接進行檔案拷貝！ |
| – | sudo apt-get open-vm-tools-desktop 14.04未成功，16.04成功 |
| 第五步 | 安裝中文搜狗輸入法 |
| ubuntu(Linux)基本操作 | 對應指令（Ubuntu指令總結） |
|---|---|
| 開啟一個terminal | ubuntu16.04可以在當前目錄下右鍵開啟（ |
home/changshen |
|
| 修改 桌面 資料夾名為 desktop | 使用右鍵-重新命名 |
| 建立新資料夾 | mkdir newfolder |
| Vim | Vim命令總結 |
|---|
| cmake | CMake命令總結 |
|---|---|
cmake_minimum_required( VERSION 2.8 ) |
– |
project( useSophus ) |
- |
find_package( Sophus REQUIRED ) |
提供標頭檔案和庫檔案所在的目錄變數 |
include_directories( ${Sophus_INCLUDE_DIRS} ) |
- |
add_executable( useSophus useSophus.cpp ) |
- |
target_link_libraries( useSophus ${Sophus_LIBRARIES} ) |
- |
ch2 初識SLAM
| 操作 | 對應指令 |
|---|---|
| 0.1安裝git | sudo apt-get install git |
| 0.2從github上下載slam程式碼 | git clone https://github.com/gaoxiang12/slambook |
| 1.1安裝g++（它是一個編譯器） | sudo apt-get install g++ （16.04自帶無需安裝） |
| 1.2編寫原始檔hellSLAM.cpp、編譯、執行 | vim文字編輯器 + g++ helloSLAM.cpp + ./a.out |
| 2.1安裝cmake | sudo apt-get install cmake |
2.2在slambook/ch2/下呼叫cmake分析該工程 |
cmake . 【現在主要工作量落在CMakeList.txt上】 |
| 2.3編譯該工程 | make (本質上仍呼叫了g++來編譯) |
| 2.4執行生成的可執行檔案 | ./helloSLAM |
| 3.1中間檔案的處理 | mkdir build + cd build + cmake .. + make |
| 4.1安裝IDE Kdevelop | sudo apt-get install kdevelop （注意名字是小寫，否則提示無法定位包）【常用把它固定到啟動欄】 |
cmake替代的主要是g++的功能；
每個CMakeList.txt檔案，都是在告訴cmake，要對這個目錄下的檔案做什麼事情。然後，呼叫cmake會自動生成MakeFile指令碼，其內包含了一系列編譯命令！（無需自己使用g++一項一項編譯了）
| kdevelop IDE的使用 | 連結 |
|---|---|
| 新建、開啟、註釋 | Ctrl+D及Ctrl+Shift+D |
| 調整字型 | Settings>Fonts |
| – | 【注意】：有些 font 不支援中文，會出現下一行遮擋上一行的情況；建議選一個字尾帶有CN的字型，如名為 AR PL UKai CN 的字型。 |
| 3步輸出helloSLAM | 1.先build；2.新建一個啟動器；3.debug或execute |
| 設定斷點，以及繼續執行 | breakpoint 、 continue |
| – | 2018-12-12 |
ch3 三維空間剛體轉動（使用Eigen庫）
| 操作 | 指令 |
|---|---|
| 安裝Eigen庫 | sudo apt-get install libeigen3-dev 記不全庫名時，按tab檢視可用庫 |
| 更新資料庫+查詢檔案所在目錄 | sudo updatedb + locate eigen3 |
| 開啟useEigen Project，編譯 | 【注意！】每次修改之後，要1.儲存-2.編譯-3.執行 |
| – | Eigen庫使用詳見文末庫彙總 |
【疑問】：kdevelop一次只能開啟一個project嗎？不能像VS開啟好多個資料夾？
直接將slambook加入不好用，只能是新增useEigen，並且colse上次的helloSLAM project。
ch4 李群與李代數（使用Sophus庫）
| 安裝Sophus | 指令 |
|---|---|
| 複製檔案到當前位置 | cp slambook/3rdparty/Sophus.tar.gz ./ 當前在desktop |
| 解壓該壓縮包 | tar -xxvf Sophus.tar.gz |
進入Sophus |
vim CMakeLists.txt檢視+Esc :q不儲存退出 |
| 編譯、（安裝） | mkdir build + cd build + cmake .. + make (make clean重新make) |
| 使用Sophus | 指令 |
|---|---|
| 除了使用kdevelop，指令也可以 | cd desktop/slambook/ch4/useSophus/ |
| 編譯 | mkdir build + cd build + cmake .. + make |
| 執行 | ./sophus |
庫彙總及庫操作
| 庫名 | 功能 |
|---|---|
| OpenCV | 提供計算機視覺相關的演算法 |
| Eigen | 提供矩陣代數計算 |
| Sophus | 可看作Eigen的拓展，支援李群和李代數 |
| Eigen/core及Eigen/Dense | 指令（逆和解方程） |
|---|---|
| 定義2行3列double行矩陣 | Eigen::Matrix<double, 2, 3> matrix_23; |
| 輸入 | matrix_23 << 1, 2, 3, 4, 5, 6; |
| 輸出及引用 | cout << matrix_23 << endl; 及 cout<<matrix_23(i,j); 括號過載 |
| 顯示（隱式）型別轉換 | matrix_23.cast<double>() |
| 加、減、乘 | +、-、* |
| 轉置、求和、跡 | M.transpose()、M.sum()、M.trace() |
| 逆、行列式 | M.inverse()、M.determinant() |
| – | – |
| *初始化（賦值）0 | Eigen::Matrix3d matrix_33 = Eigen::Matrix3d::Zero(); |
| 初始化為單位陣 | Eigen::Matrix3d::Identity(); |
| 初始化為隨機數 | Eigen::Matrix3d::Random(); |
| – | – |
| 求特徵值 | Eigen::SelfAdjointEigenSolver<Eigen::Matrix3d> eigen_solver ( matrix_33.transpose()*matrix_33 ); |
| 特徵值與特徵向量 | eigen_solver.eigenvalues()、eigen_solver.eigenvectors() |
| – | – |
| 解方程 | – |
| 求逆直接解 | x = matrix_NN.inverse()*v_Nd; 用時 4.149ms |
| QR分解解方程 | x = matrix_NN.colPivHouseholderQr().solve(v_Nd); 用時0.117ms |
| Eigen/Core及Eigen/Geometry | 指令（提供各種旋轉平移） |
|---|---|
| 旋轉矩陣（統一double） | Eigen::Matrix3d rotation_matrix （本質是矩陣cout<<檢視） |
| 旋轉向量 | Eigen::AngleAxisd（無法直接使用cout輸出） |
Eigen::AngleAxisd rotation_vector ( M_PI/4, Eigen::Vector3d ( 0,0,1 ) ); //指定一個轉角和一根轉軸， Z 軸、45 度 |
|
| 尤拉角 | Eigen::Vector3d euler_angles （本質是矩陣） |
| 四元數 | Eigen::Quaterniond q （檢視使用cout<<q.coeffs()） |
| 歐式變換矩陣 | Eigen::Isometry3d T = Eigen::Isometry3d::Identity(); 4*4矩陣 |
| – | T.rotate ( rotation_vector );變換矩陣賦值–旋轉部分 |
| – | T.pretranslate ( Eigen::Vector3d ( 1,3,4 ) );變換矩陣賦值–平移部分 |
| 仿射變換矩陣 | – |
| 射影變換矩陣 | – |
| – | – |
| 幾種表示間轉換： | |
| 旋轉矩陣 to 尤拉角 | euler_angles = rotation_matrix.eulerAngles ( 2,1,0 ); // ZYX順序，即roll pitch yaw順序 |
| 旋轉矩陣 to 四元數 | q = Eigen::Quaterniond ( rotation_matrix ); |
| 旋轉向量to旋轉矩陣 | rotation_matrix = rotation_vector.toRotationMatrix(); |
| 旋轉向量 to 四元數 | q = Eigen::Quaterniond ( rotation_vector ); |
| – | – |
對某向量的座標v進行變換： |
|
| 利用旋轉向量 | v_rotated = rotation_vector * v; |
| 利用旋轉矩陣 | v_rotated = rotation_matrix * v; |
| 利用四元數 | v_rotated = q*v; *過載，相當於qvq^{-1} |
| 使用變換矩陣 | v_transformed = T*v; 相當於R*v+t |
| Sophus | 指令 |
|---|---|
| 特殊正交群SO(3) | Sophus::SO3 （輸出cout<<） |
| so(3)李代數 | Eigen::Vector3d so3 (本質是矩陣) |
| – | SO(3)賦值方式 |
| 從旋轉矩陣 | Sophus::SO3 SO3_R(rotation_matrix) |
| 從旋轉向量 | Sophus::SO3 SO3_v(rotation_vector) |
| 從四元數 | Sophus::SO3 SO3_q(q) |
| – | 對數對映與指數對映 |
| SO(3)到so(3) | so3 = SO3_R.log(); |
| so(3)到SO(3) | Sophus::SO3::exp(update_so3); |
| 左擾動模型 | SO3_updated = Sophus::SO3::exp(update_so3)*SO3_R |
| – | so(3) |
| so(3)到反對稱矩陣 | Sophus::SO3::hat(so3) |
| 反對稱矩陣到so(3) | Sophus::SO3::vee( Sophus::SO3::hat(so3) ) |