Docker（Windows）でROS2 Humbleを扱えるようにする

はじめに

ROS2はWindows上に直接構築することもできるが，やはりLinuxで動かしたい．Foxyについて一度だけWindowsに直接構築したが，使いにくい印象を受けた．また，環境構築も大変であった記憶がある．
今回は，ROS2にもLTS（Long-Term Support）が登場したということで，Ubuntu22.04上にROS2 Humbleを構築していきたい．ただ，UbuntuホストにするPCの余りもなく，かといって仮想環境だとGPU使いたいときに困るかもしれないので，今回は，以前の記事を参考にDocker（ホスト：Windows10 Home）上で構築していく．

Docker Hubでベースを探す

GPU使えるようにしたいなという思いから，Nvidiaが提供するUbuntuイメージファイルにUbunut22.04が無いか調べる．

1. Docker Hubにアクセス
2. nvidia/cudaと検索
3. TagsのところでUbuntu22.04と検索

今回はこれを使うこととする．

ROS2 Humbleの構築手順の確認

ROS2 Humbleのインストールについては，@porizou1さんの記事をそのまま引用する形となる．
ただ，Docker imageでエラーも避けながら，簡単にインストールできるように，シェルスクリプトを作成しておく．※Dockerfileと同じディレクトリに置いておく．

setup.sh

#!/bin/bash -e 

# ------------ apt-getリポジトリの追加
apt-get install curl gnupg lsb-release -y
curl -sSL https://raw.githubusercontent.com/ros/rosdistro/master/ros.key -o /usr/share/keyrings/ros-archive-keyring.gpg

# ------------ リポジトリをsource listに追加
echo "deb [arch=$(dpkg --print-architecture) signed-by=/usr/share/keyrings/ros-archive-keyring.gpg] http://packages.ros.org/ros2/ubuntu $(source /etc/os-release && echo $UBUNTU_CODENAME) main" | tee /etc/apt/sources.list.d/ros2.list > /dev/null

# ------------ ROS2インストール
apt-get update
apt-get install ros-humble-desktop -y

# ------------ 環境設定
echo "source /opt/ros/humble/setup.bash" >> ~/.bashrc

# ------------ ワークスペースの作成
apt-get install python3-colcon-common-extensions -y
mkdir -p ~/ros2_ws/src
cd ~/ros2_ws/ && colcon build

# ------------ Gazeboのインストール
apt-get install gazebo -y
apt-get install ros-humble-gazebo-* -y

# ------------ 環境設定を反映
source ~/.bashrc

Docker Imageの作成

Dockerfile

# ------------ ベースとなるイメージファイル
FROM nvidia/cuda:11.7.0-devel-ubuntu22.04

# ------------ 環境設定
ENV LIBRARY_PATH /usr/local/cuda/lib64/stubs
ENV DISPLAY host.docker.internal:0.0
ENV DEBIAN_FRONTEND=noninteractive

# ------------ タイムゾーンの設定
RUN apt-get update && apt-get install -y tzdata
ENV TZ=Asia/Tokyo 

# ------------ ワークディレクトリの設定
WORKDIR /root

# ------------ Ubuntu上での環境構築
RUN apt-get update && apt-get upgrade -y
RUN apt-get install -y python3 python3-pip

# windows上でx-serverに接続するために必要なx11-appsのインストール
RUN apt-get install x11-apps -y

# gitのインストール（20.04以降はデフォルトでインストールされていない）
RUN apt-get install git -y

# matplotlibなどでの描画GUIに必要
RUN apt-get install python3-tk -y

# PyTorchのためのライブラリをインストール
RUN pip3 install torch torchvision

# ------------ ROS2のセットアップ
COPY setup.sh /root/
RUN bash ~/setup.sh

コンテナの立ち上げ

ディレクトリ構成

ここでディレクトリ構成について示しておく．以下にtree /fの結果を示す．

ディレクトリ構成

D:.
  Dockerfile
  setup.sh

立ち上げ

今回は，以前の記事を参考にVScode上でremote Containerを使って立ち上げている．
Docker Imageからコンテナを作成して立ち上げていくわけだが，初回は様々なものをインストールする関係から，割と時間がかかることが予想される．（とりあえず放っておくといつか終わるはず）

JSONファイル

一度立ち上げると.devcontainer/devcontainer.jsonが生成される．
それはVScode上でremote containerを使って立ち上げる際の設定を記述するファイルである．
以下に最低限のjsonファイルを示しておく．

devcontainer.json

devcontainer.json

// For format details, see https://aka.ms/devcontainer.json. For config options, see the README at:
// https://github.com/microsoft/vscode-dev-containers/tree/v0.224.3/containers/docker-existing-dockerfile
{
	"name": "Existing Dockerfile",

	// Sets the run context to one level up instead of the .devcontainer folder.
	"context": "..",

	// Update the 'dockerFile' property if you aren't using the standard 'Dockerfile' filename.
	"dockerFile": "../Dockerfile",

	// Set *default* container specific settings.json values on container create.
	"settings": {},
	
	// Add the IDs of extensions you want installed when the container is created.
	"extensions": [
		"ms-python.python",
		"ms-python.vscode-pylance"
	],

	"workspaceFolder": "/root/",

	"mounts": [
		"source=${localWorkspaceFolder}/share,target=/root/share,type=bind",
	],
	// Use 'forwardPorts' to make a list of ports inside the container available locally.
	// "forwardPorts": [],

	// Uncomment the next line to run commands after the container is created - for example installing curl.
	// "postCreateCommand": "apt-get update && apt-get install -y curl",

	// Uncomment when using a ptrace-based debugger like C++, Go, and Rust
	"runArgs": ["--gpus=all"],

	// Uncomment to use the Docker CLI from inside the container. See https://aka.ms/vscode-remote/samples/docker-from-docker.
	// "mounts": ["source=../src/,target=/root/src,type=bind"],
	// "mounts": [ "source=../src,target=/root/src,type=bind" ],

	// Uncomment to connect as a non-root user if you've added one. See https://aka.ms/vscode-remote/containers/non-root.
	// "remoteUser": "vscode"
}

jsonファイルのmountsというタグについては設定しなくてもよいが，ローカルとコンテナ間でのファイルのやり取り口となっている．Dockerfileを置いているディレクトリにshareというフォルダを作っておいて，そのshareフォルダとコンテナ内の/root/shareというところを結ぶという設定にしている．

この時のディレクトリ構成について以下に示す．

最終ディレクトリ構成

D:.
│  Dockerfile
│  setup.sh
│
├─.devcontainer
│      devcontainer.json
│
└─share

環境のテスト

talker & listener

コマンド

talker_node

ros2 run demo_nodes_cpp talker

listener_node

ros2 run demo_nodes_cpp listener

結果

Rvizの立ち上げ

※GUIを必要とするものを扱うときは，Xserverを立ち上げておく必要がある．
（Windowsだと，Xlaunchが一番簡単だと思う．）
以下の記事にXlaunchのインストールと立ち上げ方について記述している．

コマンド

talker_node

ros2 run rviz2 rviz2

結果

Gazeboの立ち上げ

コマンド

talker_node

ros2 launch gazebo_ros gazebo.launch.py

結果

感想

NvidiaがUbuntu22.04のDocker imageを提供してくれていたおかげで，大きくつまづくこともなく，簡単にGPUも使えるROS2 Humble環境をDocker上に構築することができた．GPUの確認はPythonのインタラクティブシェルにて確認できた．

python

>> import torch
>> torch.cuda.is_available()
True

ROSは勉強してきたが，ROS2は触れる程度しかまだできていないため，この環境構築を機に，少しずつROS2も自在に扱えるようにしていきたい．

参考文献