本发明公开了一种三维空间坐标寻迹方法及其数据采集装置，本发明的数据采集装置通过设置指引激光以及在受测对象上安装平面示踪板和图像传感器，使得指引激光在平面示踪板形成三个示踪点，从而能够记录下包含有受测对象三维运动姿态信息的所述各个示踪点在平面示踪板上的二维运动轨迹；本发明的三维空间坐标寻迹方法通过对上述数据采集装置获得的二维运动轨迹进行计算，能够在一次测量中同时得出受测对象在运动过程中的旋转四元数和x、y轴平移量。本发明具有测量距离远、测量速度快、测量精度高的优点。