Приложение real-time face swap на чистом Rust: ONNX Runtime, lock-free потоки и 60 кадров в секунду

Большинство инструментов для замены лиц это Python-скрипты, склеенные из PyTorch, OpenCV и надежды. Они работают, но тащат за собой гигабайты зависимостей, требуют правильно настроенного CUDA и разваливаются в тот момент, когда ты пытаешься запустить их в реальном времени.

Мне стало интересно: можно ли собрать весь пайплайн на чистом Rust? Без Python. Без PyTorch. Без обёрток. Один бинарник, который скачал, распаковал и запустил.

Оказалось, можно. 60 fps на веб-камере.

Пайплайн

На каждом кадре последовательно отрабатывают четыре нейросети.

RetinaFace находит лица и извлекает пять ключевых точек. ArcFace вычисляет 512-мерный эмбеддинг исходного лица. InSwapper принимает регион целевого лица и эмбеддинг источника, на выходе отдаёт заменённое лицо. GFPGAN опционально улучшает результат для более высокого качества.

Все четыре модели работают через ONNX Runtime. Никаких кастомных CUDA-ядер, никакого оверхеда фреймворков. Тензор на вход, тензор на выход.

Архитектура потоков

Три потока, ноль блокировок на горячем пути.

Поток захвата получает кадры с веб-камеры через nokhwa и публикует их через ArcSwap. Поток пайплайна подхватывает новые кадры, прогоняет инференс и публикует обработанные кадры через второй ArcSwap. Поток UI читает актуальный буфер и рендерит через egui.

Никаких мьютексов на данных кадра. Никаких каналов. Никакого async. Только атомарные счётчики поколений и lock-free замена указателей.

Структуры разделяемого состояния занимают ровно по 64 байта каждая и выровнены по кэш-линиям, чтобы исключить false sharing между ядрами. Это проверяется compile-time ассертами.