卡通人脸是指既具夸张风格,又不失真实人脸的可鉴别特征的艺术形象。自20世纪初开始,卡通人脸形象便大量出现在报刊杂志,深受大众欢迎。近几年来随着多媒体技术的发展和计算机处理能力的增强,三维卡通人脸开始广泛应用于虚拟空间。而目前大多数三维卡通人脸都只能在专业的美术人员参与下才能创作完成,因此利用计算机合成三维卡通人脸开始成为许多计算机图形学、机器学习等领域研究人员感兴趣的课题。本文从三维卡通人脸模型重建和纹理生成两方面对该问题展开研究,并取得了如下研究成果:首先,本文根据样本统计的原理提出了一种三维卡通人脸模型合成的方法,该方法只需输入单张正面的卡通人脸图片,就能快速有效地合成三维卡通人脸模型。其次,本文提出了一种基于单张人脸图片的三维卡通人脸的纹理生成方法,该方法生成的纹理能够较好地提高三维卡通人脸模型的生动性和可辨识性。再次,本文结合已有二维卡通人脸的合成算法给出了一个从单张正面真实人脸图片合成三维卡通人脸的整体实现框架,整个框架实现过程完全自动。最后,本文建立了一个由真实人脸图片、卡通人脸图片、三维卡通人脸模型组成的样本数据库,该库可以方便地被相关工作的研究人员所采用。