三维人脸表情动画是计算机图形学的研究热点和重点。近年来,虚拟角色动画越来越多的出现在影视制作、视频聊天、网络游戏以及广告制作等领域,使得虚拟角色动画在生产生活中占有广泛空间。因此,本文提出了一种基于深度图像的卡通人脸表情动画的模拟方法,使用三维卡通人脸模型模拟视频中真实人脸的表情,完成实时的人脸表情动画模拟。本文的人脸表情模拟系统主要分为三部分,首先使用Kinect相机采集人脸的深度图像,对深度图像进行去噪处理及前景提取,采集过程中对人脸进行识别跟踪以及对面部特征点的空间位置坐标进行提取;其次利用Kinect的IFTModle类接口为视频中真实人脸提供一个泛化的Candide-3人脸模型,利用FaceGen完成三维卡通人脸的网格布线,使用OpenGL完成纹理映射和渲染,根据MPEG-4标准完成卡通人脸特征点的手工标定;最后完成基于面部特征点的映射建立两个模型之间的对应关系,然后通过基于高斯函数插值的变形实现人脸模型的对齐,再利用拉普拉斯变形算法保留人脸细节的性质,添加Bézier曲线约束,实现人脸表情模拟。实验结果表明,本文的方法能够完成实时的人脸表情模拟,并且有较强的真实感。相对于基于三维扫描数据和动作捕捉技术的人脸表情模拟系统,本文在实验成本和效率上有了显著提高,通过与其它文献对比分析总结出本文算法的优势。