随着计算机多媒体和网络技术的迅速发展,人们对各种人机交互界面的人性化要求越来越高。三维人脸合成技术作为虚拟人合成技术的一个重要组成部分,近30年来在动画工作者们的不懈努力下取得了长足的进步和发展。真实感三维人脸合成技术的应用范围非常广泛,其成果可以应用于虚拟主持人、虚拟会议、辅助教学、医疗研究、电影制作、游戏娱乐等等,具有重大的理论意义和应用价值。本文在三维人脸建模、基于MPEG-4的人脸动画、人脸动画重定位、细微纹理动画、人脸动画驱动等人脸合成的关键问题上展开研究,取得如下成果:1)在三维人脸建模方面,如何便捷、快速、准确的构造三维人脸模型一直是计算机动画工作者在努力解决的难题。本文提出一种从二维人脸照片到三维人脸模型的构造方法。该方法输入简单,只需要一张正面人脸照片;建模速度快,比国际上同类的三维重构方法快15倍左右;整个重构过程完全自动。该技术还可以应用到基于合成的人脸识别方法中,扩充了训练数据,能够在识别算法不变的前提下,大幅提高人脸识别准确率。2)MPEG-4的三维人脸动画框架具有通用性强,便于扩展、数据量小等特点。本文提出了一种构造特定人脸模型FAT(facial animation table,人脸动画表)的方法,可以驱动本文的标准模型以及与标准模型拓扑结构相同的人脸模型。3)动画重定位(animation retargeting)是近年来国际上热门研究课题。本文在已有标准模型FAT的基础上,提出了一种构造任意拓扑结构三维人脸模型FAT的方法,从而实现了人脸动画数据的复用,并解决了驱动任意人脸模型的难题。该方法只需要在模型上提取若干特征点就可以应用,具有自动化程度高,速度快,通用性强等特点。4)传统的人脸动画只采用一张固定的纹理,纹理上的褶皱无法表现。本文提出一种PERI(partial expression ratio image,局部表情比率图)的概念,并建立了PERI库,利用PERI包含细微纹理特征的特性来表示纹理上的皱褶。在此基础上提出用MPEG-4的FAP(facial animation parameter,人脸动画参数)来参数化控制细微纹理特征的动画方法。为解决不同角度纹理视觉效果的真实性,又提出了多方向PERI技术,从而实现了具有细微纹理特征的真实感三维人脸动画方法。5)动画数据是驱动一个动画系统必不可少的组成部分。本文介绍了通过视频来获取动画数据的方法,还介绍了用运动跟踪设备来采集人脸特征运动的数据。最后提出了一种解决文本驱动中唇动与手语同步问题的方法。