变形金刚3的开头背景设定在1960年代的美国。女主角卡莉（Carly）是一名建筑师，她被邀请到白宫参加一个有关太空科技的研究会议。在去往会议现场的走廊上，她不小心撞碎了一个玻璃展品，这个展品实际上是一个外星机器人（霸天虎）的头部模型。
随后，她被会议的组织者，一位政府高级官员，介绍给男主角山姆（Sam），一个年轻的航天工程师，由他协助解释霸天虎的特性。他们两人开始研究这个外星机器人，并发现它具有强大的能量和能力变形为各种机械形态。
从这一刻开始，卡莉和山姆的关系发展迅速，他们共同参与了对抗霸天虎和其同伴的战斗，而这也成为了整部电影的主要情节。
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