虚拟3D合成的实质是在拍摄过程中将实拍影像与虚拟3D物体、场景、动画等进行实时融合,为使虚拟3D合成脱离虚拟演播室而适用于任意场景中,同时为提高虚拟3D合成后虚拟场景与实拍景象合成后的视觉体验与真实感,本文基于对当前虚拟3D领域合成方法的研究,提出了一种以多传感器融合技术和电子技术为基础,对摄像机云台摇臂系统进行高精度实时跟踪定位的方法。系统对摄像机云台摇臂系统建立三维运动学模型,根据采集到的传感器信息,计算出摄像机云台摇臂的当前姿态并打包发送至3D渲染工作站,3D渲染工作站软件对云台摇臂姿态信息进行解析,通过解析得到的姿态信息,实现将虚拟3D物体、场景、动画等与实拍影像进行虚拟合成。为了实现摄像机云台姿态的高精度测试,本文基于现有云台摇臂系统机械结构,进行传感器安装方法研究,加持安装多路高精度传感器,其中包括：通过3D打印的齿轮使传感器与摄像机镜头进行啮合,传递摄像机镜头焦点、焦距的变化；用同轴过盈配合安装的方式对云台安装俯仰姿态感受传感器和横摇姿态感受传感器；设计基于嵌入式芯片的传感器数据采集与处理模块,实现对多路传感器的分时交互式数据采集与算法处理,并对摄像机信号进行同步信号解析,做到不丢一帧数据的进行数据收发,保证了姿态数据的完整性。分析了硬件可靠性,并采取了强接地等EMI措施。通过大量的现场测试表明,系统可实现数据传输帧同步,云台摇臂姿态跟踪精度高,合成后效果真实,可脱离虚拟演播室工作于各种环境中,且具有高可靠性和强稳定性,满足拍摄工作中长期开机的需要。