RViz2 基礎：機器人的視覺化除錯工具

問題定義

前面三節寫的 URDF、xacro、TF2，全部都是「資料」跟「邏輯」，沒有畫面。開發過程中，光憑印出來的數字很難判斷「機器人的手臂角度對不對」「雷射掃描資料有沒有正確對齊到機身」——RViz2 就是把這些抽象資料畫成看得見的 3D 場景，讓你用眼睛而不是用腦補去確認系統狀態，是機器人開發裡幾乎每天都會開著的工具。

核心概念說明

Fixed Frame：整個畫面的參考基準

RViz2 打開後第一個要設定的東西是 Fixed Frame（在左側 Global Options 裡），它決定了整個 3D 畫面用哪個座標系當作「世界不動的參考點」。這個選擇會直接影響畫面呈現的方式：如果選 base_link，機器人本體永遠固定在畫面中央，即使它實際上在移動，你看到的是「以機器人自己為中心」的視角；如果選 map 或 odom，機器人本體會在畫面中真實地移動位置，適合觀察導航軌跡。

如果 Fixed Frame 設定的座標系在 TF 樹裡不存在，畫面標題列會顯示紅字警告，這也是第 4.3 節提過的排查起點——RViz2 打不開東西，很多時候問題根本不在 RViz2 本身，而是 TF 或資料來源。

Display：每一種資料類型對應一種顯示外掛

RViz2 用 Display 機制呈現不同類型的資料，每種 Display 訂閱特定型別的主題，用特定方式視覺化。跟第 3.1 節介紹的 rqt 外掛概念類似，RViz2 本身是個容器，你依需求疊加多個 Display：

實作範例：載入第 4.1 節的手臂模型 + 即時觀察 TF

延續前面幾節的素材，這裡示範把 URDF 模型、TF 座標軸、以及一個模擬的雷射掃描資料同時疊加在 RViz2 裡觀察。

1. 啟動模型發布與關節控制

ros2 run robot_state_publisher robot_state_publisher --ros-args -p robot_description:="$(cat ~/ros2_ws/src/my_package/urdf/simple_arm.urdf)"

ros2 run joint_state_publisher_gui joint_state_publisher_gui

2. 啟動 RViz2

rviz2

3. 手動設定畫面（後續章節會用 launch 檔案自動化這個步驟）

1. 左側 Global Options → Fixed Frame 填入 base_link
2. 點左下角 Add 按鈕 → 選擇 RobotModel → 確認
3. 再次 Add → 選擇 TF → 確認

預期畫面

畫面中央會出現第 4.1 節寫的灰色底座＋藍色上臂＋橘色前臂模型，疊加上 TF Display 之後，每個 link 的座標系原點會多出一組紅綠藍三色軸線（分別代表該座標系的 X/Y/Z 方向）。拖動 joint_state_publisher_gui 的滑桿時，模型會即時跟著轉動，TF 軸線也會同步跟著轉——這正是驗證第 4.3 節提到「TF 樹會隨關節角度即時更新」最直觀的方式。

4. 疊加一個模擬的雷射掃描資料

另開終端機，手動發布一則假的 LaserScan 資料觀察 Display 疊加效果：

ros2 topic pub /scan sensor_msgs/msg/LaserScan "{header: {frame_id: 'base_link'}, angle_min: -1.57, angle_max: 1.57, angle_increment: 0.05, range_min: 0.1, range_max: 5.0, ranges: [1.0, 1.2, 0.8, 1.5, 2.0]}" --rate 2

在 RViz2 裡 Add → 選擇 LaserScan → Topic 選 /scan，畫面上會在 base_link 座標系附近出現幾個代表掃描點的小點。

常見錯誤與除錯技巧

錯誤一：加入 RobotModel 之後，畫面上什麼都沒有，左側顯示紅色驚嘆號

現象：點開 RobotModel 項目左側箭頭，Status 顯示：

No transform from [upper_arm] to frame [base_link]

原因：這個訊息代表 URDF 本身有被讀到（不然連 link 名稱都不會出現在錯誤訊息裡），但 TF 樹裡缺少對應的座標轉換——最常見的原因是 robot_state_publisher 沒有正確啟動，或啟動了但沒有任何節點在發布 /joint_states（robot_state_publisher 需要靠 /joint_states 主題才知道目前每個 joint 的角度，進而計算並廣播完整的 TF）。

排除方式：確認 joint_state_publisher（或 joint_state_publisher_gui）有在執行，並用 ros2 topic echo /joint_states 確認確實有資料在發布：

ros2 topic echo /joint_states --once

name: ['shoulder_joint', 'elbow_joint']
position: [0.0, 0.0]

如果這裡完全沒有輸出，問題出在關節狀態發布端，跟 RViz2 本身無關。

錯誤二：LaserScan 的點雲位置明顯偏移，跟預期的方向對不上

原因：LaserScan 訊息裡的 header.frame_id 決定了這些掃描點要被畫在哪個座標系底下，如果填錯（例如寫成一個不存在或方向不對的座標系名稱），RViz2 會把資料畫在錯誤的位置與方向，但不會報錯——因為就技術上而言查詢與繪製都成功了，只是查詢到的座標系跟你以為的不是同一個。

排除方式：確認 frame_id 填的座標系名稱，跟實際感測器安裝的座標系一致，並透過 TF Display 疊加檢視該座標系的實際方向是否符合預期，而不是假設資料本身一定沒問題。

小結

RViz2 用 Fixed Frame 決定畫面的參考基準，用一系列 Display 外掛疊加呈現不同型別的資料，模型顯示異常時，Status 欄位裡的錯誤文字，加上手動用 ros2 topic echo 確認資料源頭是否正常，是最快的排查順序。到這裡，第 4 章介紹的機器人建模與座標系統（URDF、xacro、TF2、RViz2）已經是後面每一章都會持續用到的共同基礎——下一章我們會進入 Gazebo，把這些模型放進一個真正有物理引擎的模擬環境。

延伸閱讀

• TF2：座標轉換系統
• rqt 與 rqt_graph